為什麼海市蜃樓大多找不到原景物,難道它不在現實生活中嗎?

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天氣越來越熱,一些地方出現海市蜃樓的頻率也變得越來越高瞭,比如青島——網傳昨天傍晚又出現瞭海市蜃樓。

下午5點15分左右,青島市民劉先生在海天中心南面輪船進出的海域,看到瞭明顯的三座大山景象,而這個方向本不應該有山的,他用相機記錄下這一情景(如下圖)。

海市蜃樓圖,圖源:劉先生

正常情況下的景象,圖源:劉先生

不過,從照片上看,劉先生記錄到的海市蜃樓景象(三座山)不是特別清晰,可能由於發生的時間較晚,光線不強,而且多雲遮光,並不是一個很好形成海市蜃樓的條件,所以比較蜃景模糊。

然而,我看瞭下評論區,好像更多人關註的是,為什麼每次海市蜃樓都找不到現實中的原景物,許多人懷疑海市蜃樓是不是真實存在於現實生活中。

當然,海市蜃樓中的原景物肯定是真實存在的,因為它不同於幻覺,而是實物反射的光線真實進入瞭我們的眼睛,所以你可以給它拍照。

隻不過我們要找到海市蜃樓中的原景物確實不是一件容易,這有多方面因素共同造成的,我們得從海市蜃樓的成像說起。

什麼是虛像?

我們知道海市蜃樓是一個虛像,它並不在我們看到的那個位置。

虛像可以被眼睛看到,但它無法在光屏上顯示,或者說光線根本沒有真的到達成像的地方,這很符合海市蜃樓虛無縹緲的特性。

當光線散發並無法形成交點的時候,它就無法形成實像或者無法在光屏上顯示,但是當這些發散光線進入我們的眼睛時,我們的眼睛可以在發散光線的反向延長線的交點處看到圖像,這個就是虛像。

一個簡單的例子就是鏡子中的物體,當物體的光線被鏡子反射的時候它是發散的,而這些散發光線被眼睛收集,於是就在鏡子中出現瞭一個虛像,它不是物體的真實位置。

其實,在物理上定義的虛像看著還是比較復雜的,但我們可以把它簡單理解成是一種視覺錯覺,物體的位置對應的隻是我們的眼睛感受,而我們的眼睛是無法感受光線被折射的,眼睛隻會以為光線依然沿著直線傳播,這就是為什麼虛像都是在光線反向延長線上成像的緣故。

理解瞭虛像之後,就很好理解海市蜃樓的成像原理瞭。

海市蜃樓的景象是物體反射的光線經過空氣折射之後一不小心進入瞭人的眼睛,最終我們的眼睛在自己的前方看到瞭別的地方的景物,這個過程和我們透過水看到魚的情況是完全一樣的。

魚(實物)反射的光線離開水的時候被折射,而這些折射光線被我們眼睛收集,最終我們看到的魚是一個更遠、更淺的虛像。

不過,海市蜃樓的折射情況要比這個復雜許多,因為它並不是簡單經過這麼一次折射。

海市蜃樓中的光線如何傳播?

光線在不同介質中傳播就會發生折射,而我們的空氣不總是均勻分佈,它會因為各種原因發生變化,最終導致不同地區或者不同高度的空氣密度不同,這就是海市蜃樓形成的前提。

我們前面說過夏天最容易出現海市蜃樓,其實原因就在於越熱的時候就越容易制造不同的溫度梯度,從而形成不同的空氣密度梯度。

另外,海市蜃樓最頻繁出現的地方是海面和沙漠,其實原因也是這兩種材料的表面非常容易在制造不同溫度梯度,不過它們都是在不同高度間。

當太陽照在海面上的時候,它加熱海洋上方的大氣,由於海水的冷卻作用,所以靠近海洋的區域溫度更低,越往高處則溫度越高。

由於熱脹冷縮,空氣密度會出現“上稀下密”的情況,這會形成一個光線折射率梯度。

現在,我們眼睛前方有一個物體向周圍反射光線,經過“上稀下密”的空氣,它會被層層向下折射並進入我們的眼睛。

但是,我們的眼睛依然以為光線沿直線傳播,所以在海面上出現的海市蜃樓一般都是偏高且像是懸浮著的景象,這種被稱為上蜃

出現在沙漠中的情況和海面上的正好相反,沙子的比熱容小,所以它會迅速被加熱,導致靠近表面的溫度要高於遠離地面的溫度。

最終結果就是物體的光線被向上折射並進入眼睛,這時候我們眼睛看到的虛像是在偏下的,這種被稱為下蜃。

如果這時候物體正好貼著地面的話,我們會看到一個類似於水面倒影一樣的海市蜃樓,所以在沙漠中經常看到水源相關的海市蜃樓。

同樣的,有時候溫度梯度也會出現在水平方向,這個時候我們可能看到瞭側向景物,這種情況被稱為側蜃

為什麼海市蜃樓很難找到原景物?

我們經常可以看到哪裡出現海市蜃樓瞭,但是找不到原景物的情況。

其實從海市蜃樓的形成,以及在這個過程中光線的傳播就不難發現,要找到海市蜃樓的原景物並不是一件容易的事。

人造的海市蜃樓,圖源:Shy halatzi

首先,最常見的海市蜃樓都是通過空氣對流來制造不同的空氣密度,最終達到不同的折射率梯度並把光線送到我們的眼睛。

空氣的對流和晃動水是差不多的,它非常不穩定,我們很難完全看清楚海市蜃樓真實景物的完全樣貌,更別提找到它瞭。

其次是海市蜃樓的景物和我們正常看景物時的視角不一定相同,對於一些物體來說,不同的角度就是兩個不同的物體。

由於海市蜃樓通過光線折射進入我們的眼睛,所以很難確定我們具體看到的是它的什麼位置,或者說我們需要在什麼位置看才能得到和海市蜃樓中一樣的景象。

圖源:Brocken Inaglory

最後

海市蜃樓其實並不是什麼罕見現象,甚至可以說在夏天隨處可見。

夏天的時候,如果你經常開車經過柏油路的話,你可能就會看到柏油路上好像出現瞭水面一樣,這個其實就是海市蜃樓現象。

這個過程和沙漠中形成的海市蜃樓是一樣的,因為柏油路的材料和沙子差不多。

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  • 本文由 发表于 2022年5月18日
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