《趣味物理学》在线阅读——第8章 光的反射和折射（10-17）(7)

8.16　几种“海市蜃楼”

　　大家一定都知道海市蜃楼这个现象的发生原因。在沙漠里沙地受到炎热太阳的晒炙，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，这就使它有了跟镜子一样的作用。从很远的物体射来的倾斜光线，在射到这些空气层之后，会把行进的路线曲折起来，使得它射到地面以后会再从地面折射向上，射到观察的人的眼里，就好象用极大的入射角从镜面反射出来的情形一般。观察的人因此就好象看到在他面前的沙漠里展开了一片水面，反映着岸边的景物。

　　说得更正确些，我们应该说靠近炙热沙面的热空气层，反射光线的情形不是象镜子，而是更象从水底望去的水面。在这里，产生的不是普通的反射，而是物理学上叫做“全反射”的那种。要得到全反射，应该使光线极斜地射进这层空气层——要比图107所画的斜得多；否则入射角就不会超过“临界角”，因此就不可能得到全反射。

　　顺便让我们提出这个理论里容易使人误会的一点：照方才所说的那个解释，密度比较大的空气层应该在密度比较小的空气层之上。但是我们同时知道，密度比较大的也就是比较重的空气总要向下落，把它底下密度比较小的空气挤到上面去。那么，又怎么能够使密度比较大的空气层留在上面，来造成海市蜃楼的现象呢？

　　答案非常简单，我们要密度比较大的空气层在上面，虽然在稳定的空气里是不会有的，但是在流动的空气里却是可能的。给地面炙热的空气固然不会停留在地面上，它要不断地向上升起，但是立刻就有一层空气来补空，这一层空气接着也受到炙热，就又变成了热空气。这样不断的替换着，在炙热的沙面上就总会有一层密度比较小的空气层，——虽然不是老是那一层，但是这对于光线的行进是无所谓的。

　　我们方才谈的这种海市蜃楼，人们很早就已经知道了。这种海市蜃楼在现代的气象学上叫做“下现蜃景”（另外还有“上现蜃景”是由上层空气稀薄发生反射作用造成的）。许多人认为这种古人早已知道的海市蜃楼只能够在南方沙漠里的炎热空气里出现，在北方是绝对不会有的。但是事实上下现蜃景也时常会在我们这里发现。这种现象特别在夏天的柏油马路上时常有发现，因为这些路面的颜色比较深，所以受到太阳光的强烈炙热。这样一来，粗糙的路面看过去竟会象淋过水般的光滑，会反映出很远的物体。这种“海市蜃楼”的光线行进路径象图108所示。只要你能够留心些，这种现象是时常可以看到的，并不象你想象的那样难得。

　　还有一种，是侧面的海市蜃楼就叫做“侧现蜃景”，这种海市蜃楼的存在，一般人恐怕连想都没有想到。其实这就是竖直的墙壁给炙热以后的反射现象。这个现象曾经有一位作家写出来过。这位作家在走近一个炮台堡垒的时候，发现堡垒的混凝土墙壁突然亮了起来，跟镜子一样反映出四周的景物、地面和天空。再走了几步，他又在堡垒的另外一堵墙壁上发现了同样情形，就仿佛那灰色不平的墙壁突然变成了打磨得十分光滑似的。原来那一天天气非常热，墙壁给炙得滚烫——这就是这个谜的解答。图109表示堡垒两堵墙壁（F和F′）的位置和观察的人的位置（A和A′）。原来墙壁给太阳炙得相当热，也会使你看到海市蜃楼的。这个现象并且能够用照相机拍摄出来。

　　图110表示堡垒的墙壁F，起先是粗糙不平的（左），后来亮了起来（右），就象镜子一样（这是从A点拍摄的）。左面的照片上是一堵普通的灰色混凝土墙壁，那里自然没有反射现象发生，不可能把附近的两个人形反映出来。右面那幅照片呢，表示的仍旧是方才那堵墙壁，只是它的大部分已经起了镜面的作用，因此立得比较近的那一个人在墙壁上就反映出他的像来了。当然，反射光线的并不是墙壁本身，而只是贴近它的炙热的空气层。

　　在夏天极热的日子，你不妨时常去留意大建筑物的给炙得很热的墙壁，看看有没有这种海市蜃楼发生。无疑的，如果经常这样留心去观察，发现这种海市蜃楼的机会是一定会很多的。

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