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文：张启聪
海市蜃楼是甚麼？它是如何形成的？
图一 在温度随高度变化的空气中，光线因折射而走出弯曲的路径。
图二 光线由玻璃走到空气时所产生的折射现象。注意入射角 i 比折射角 r 小。
图三 当入射角 i 大於临界角度 c 时，便产生全内反射。
图四 海市蜃楼发生时，光线所走的路径。
在沙漠中，迷路的人缺水缺粮，忽然看见了绿洲，但走近了却发现原来只是海市蜃楼的幻像，空欢喜一场。这虽然是电影常用的桥段，但海市蜃楼是真有其事的，是大自然跟我们在玩光线的魔法。它的成因是光线在空气中被折射，再加上全内反射的结果。
如果要明白海市蜃楼的成因，首先要明白为甚麼光线在空气中会被折射。原来，不同温度的空气有不同的折射率，就好像许多不同的介质一样。靠近地面的空气较热，折射率较低。我们可以把空气想像为许多层的介质，而每一层的折射率都不同，越接近地面，折射率越低。因此光线在空气中行走时，路线便如图一所示。
另一方面，我们也要知道甚麼是全内反射。如果光线微微倾斜地从玻璃射进空气，一部分的光线会被反射回去，另一部分就会被折射，从玻璃中走出来。由於玻璃的折射率较空气高，所以折射角总是大於入射角 (图二)。当入射角越来越大，被折射的光线便会越来贴近空气与玻璃的界面，直至入射角大於临界角度，光线便只会被反射，而不会折射出去。这个现像叫做全内反射 (图三)。
图四显示海市蜃楼发生时，光线所走的路径。假设有个绿洲，它在 A 点发出的光线被空气折射，走一条弯弯的路径。在 B 点，光线发生全内发射，使光线往上走。之后，光线再次被空气折射，最后光线会进入站在 C 点那观测者的眼睛，使他形成错觉，误以为绿洲很接近他呢！很久以前，人类便发现了全内反射，更把这个现象加以应用，例如光纤、单镜反光照相机和双筒望远镜都应用了全内反射的原理。
海市蜃楼是用来形容虚无飘渺事物的成语。其实，海市蜃楼是一种奇异而美丽的天气现象。在沙漠里或者在广大的陆地和水域上空，有时可以看见远处景物的倒立或直立，在垂直方向扩大或缩小的晃动的映像，称为海市蜃楼。在早上看见直立于天空的远处景物映像，称为上现蜃景。在中午或下午，看见远处景物倒立的映像，称为下现蜃景。
海市蜃楼的成因，简单地说是光线在密度差异很大的大气中发生折射和反射而形成的。其中，上现蜃景是地面温度低，近地层空气密度大，而较高层空气温度高，密度小时形成的。神户神话传说中的“蓬莱仙境”，其实就是蓬莱海边常常可以见到的上现蜃景。所谓“海市”即海上神仙的住所；蜃，乃蛟龙之属，能吐气为楼，所以叫海市蜃楼。
下现蜃景则于上现蜃景完全相反，它是地面温度很高，近地层空气密度很小，而较高层空气温度低，密度大时形成的。由于出现下现蜃景时，大气层很不稳定，因而使蜃景摇晃，仿佛潮波荡漾，呈现出一片美丽的湖光倒影。这种现象曾经欺骗过很多沙漠中的旅行者。
海市蜃楼是如何形成的？
在沙漠中，迷路的人缺水缺粮，忽然看见了绿洲，但走近了却发现原来只是海市蜃楼的幻像，空欢喜一场，这就是海市蜃楼，是大自然跟我们玩的魔法。它的成因是光线在空气中被折射，再加上全内反射的结果。
如果要明白海市蜃楼的成因，首先要明白为甚么光线在空气中会被折射。原来，不同温度的空气有不同的折射率，就好像许多不同的介质一样。靠近地面的空气较热，折射率较低。我们可以把空气想像为许多层的介质，而每一层的折射率都不同，越接近地面，折射率越低。
另一方面，我们也要知道甚么是全内反射。如果光线微微倾斜地从玻璃射进空气，一部分的光线会被反射回去，另一部分就会被折射，从玻璃中走出来。由于玻璃的折射率较空气高，所以折射角总是大于入射角 。当入射角越来越大，被折射的光线便会越来贴近空气与玻璃的界面，直至入射角大于临界角度，光线便只会被反射，而不会折射出去。这个现像叫做全内反射 。
假设有个绿洲，它在 A 点发出的光线被空气折射，走一条弯弯的路径。在 B 点，光线发生全内发射，使光线往上走。之后，光线再次被空气折射，最后光线会进入站在 C 点那观测者的眼睛，使他形成错觉，误以为绿洲很接近他呢！很久以前，人类便发现了全内反射，更把这个现象加以应用，例如光纤、单镜反光照相机和双筒望远镜都应用了全内反射的原理。
