文章插图
当光线在同一密度的均匀介质内进行的时候 ， 光的速度不变 ， 它以直线的方向前进 ， 可是当光线倾斜地由这一介质进入另一密度不同的介质时 ， 光的速度就会发生改变 ， 进行的方向也发生曲折 ， 这种现象叫做折射 。当你用一根直杆倾斜地插入水中时 ， 可以看到杆在水下部分与它露在水上的部分好象折断的一般 ， 这就是光线折射所成的 ， 有人曾利用装置 ， 使光线从水里投射到水和空气的交界面上 ， 就可以看到光线在这个交界面上分两部分：一部分反射到水里 ， 一部分折射到空气中去 。如果转动水中的那面镜子 ， 使投向交界面的光线更倾斜一些 ， 那么光线在空气中的折射现象就会显得更厉害些 。当投向交界面的光线如左下图所示的情况时 ， 光线就全部反射到水里 ， 再没有折射到空气中去的光线了 。这样的现象叫做全反射 。空气本身并不是一个均匀的介质 ， 在一般情况下 ， 它的密度是随高度的增大而递减的 ， 高度越高 ， 密度越小 。当光线穿过不同高度的空气层时 ， 总会引起一些折射 ， 但这种折射现象在我们日常生活中已经习惯了 ， 所以不觉得有什么异样 。可是当空气温度在垂直变化的反常 ， 并会导致与通常不同的折射和全反射 ， 这就会产生海市蜃楼的现象 。由于空气密度反常的具体情况不同 ， 海市蜃楼出现的型式也不同 。在夏季 ， 白昼海水湿度比较低 ， 特别是有冷水流经过的海面 ， 水温更低 ， 下层空气受水温更低 ， 下层空气受水温影响 ， 较上层空气为冷 ， 出现下冷上暧的反常现象（正常情况是下暧上凉 ， 平均每隔100米高度 ， 气温降低0.5~0.6 左右） 。下层空气本来就因气压较高 ， 密度较大 ， 现在再加上气温又较上层为低 ， 密度就显得特别大 ， 因此空气层下密上稀的差别异常显著 。假使在我们的东方地平线下有一艘轮船 ， 一般情况下是看不到它的 。如果由于这时空气下密上稀的差异太大了 ， 来自船舶的光线先由密度的气层逐渐折射进入稀的气层 ， 并在上层发生全反射 ， 又折回到下层密的气层中来；经过这样弯曲的线路 ， 最后投入我们的眼中 ， 我们就能看到它的像 。由于人的视觉总是感到物像是来自直线方向的 ， 因此我们所看到的轮船映像比实物是抬高了许多 ， 所以叫做上现蜃景 。我国渤海中有个庙岛群岛 ， 在夏季 ， 白昼海水温度较低 ， 空气密度会出现显著地下密上稀的差异 ， 在渤海南岸的蓬莱县（古时又叫登州） ， 常可看到庙岛群岛的幻影 。宋朝时候的沈括 ， 在他的名蓍《梦溪笔谈》里就有这样的记载： “登州海中时有云气 ， 如宫室台观 ， 城堞人物 ， 车马冠盖 ， 历历可睹 。” 这就是他在蓬莱所看到的上现蜃景 。1933年5月22日上午11点多钟 ， 青岛前海（胶州湾外口）竹岔岛上也曾发现过上现蜃景 ， 一时轰传全市 ， 很多人前往观看 。1975年在广东省附近的海面上 ， 曾出现一次延续6小时的上现蜃景 。不但夏季在海面上可以看到上现蜃景 ， 在江面有晨也可看到 ， 例如1934年8月2日在南通附近的江面上就现过 。那天酷日当空 ， 天气特别热 ， 午后 ， 突然发现长江上空映现出楼台城廓和树木房屋 ， 全部蜃景长20多里 。约半小时后 ， 向东移动 ， 突然消逝 。后又出现三山 ， 高耸入云 ， 中间一山 ， 很象香炉；又隔了半小时 ， 才全部消失 。在沙漠里 ， 白天沙石被太阳晒得灼热 ， 接近沙层的气温升高极快 。由于空气不善于传热 ， 所以在无风的时候 ， 空气上下层间的热量交换极小 ， 遂使下热上冷的气温垂直差异非常显著 ， 并导致下层空气密度反而比上层小的反常现象 。在这种情况下 ， 如果前方有一棵树 ， 它生长在比较湿润的一块地方 ， 这时由树梢倾斜向下投射的光线 ， 因为是由密度大的空气层进入密度小的空气层 ， 会发生折射 。折射光线到了贴近地面热而稀的空气层时 ， 就发生全反射 ， 光线又由近地面密度小的气层反射回到上面较密的气层中来 。这样 ， 经过一条向下向下凹陷的弯曲光线 ， 把树的影像送到人的眼中 ， 就出现了一棵树的倒影 。由于倒影位于实物的下面 ， 所以又叫下现蜃景 。这种倒影很容易给予人们以水边树影的幻觉 ， 以为远处一定是一个湖 。凡是曾在沙漠旅行过的人 ， 大都有类似的经历 。拍摄影片《登上希夏邦马峰》的一位摄影师 ， 行走在一片广阔的干枯草原上时 ， 也曾看见这样一个下现蜃景 ， 他朝蜃景的方向跑去 ， 想汲水煮饭 。等他跑到那里一看 ， 什么水源也没有 ， 才发现是上了蜃景的当 。这是因为干枯的草和沙子一样 ， 可以被烈日晒得热浪滚滚 ， 使空气层的密度从下至上逐渐增大 ， 因而产生下现蜃景 。无论哪一种海市蜃楼 ， 只能在无风或风力极微弱的天气条件下出现 。当大风一起 ， 引起了上下层空气的搅动混合 ， 上下层空气密度的差异减小了 ， 光线没有什么异常折射和全反射 ， 那么所有的幻景就立刻消逝了
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