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信息传输。在军事上,我认为可以欺骗敌人。出自海市蜃楼梦溪笔谈·异事》(北宋·沈括):"登州海中,时有云气,如宫室、台观,城堞、人物、车马、冠盖,历历可见,谓之海市。或曰蛟蜃之气所为,疑不然也。欧阳文忠,曾出河朔,过高唐县,驿舍中夜有鬼神自空中过,车马人畜之声,一一可辨,其说甚详,此不具记。问本处父老云,二十年前尝昼过县,亦历历见人物。土人亦谓之海市,与登州所见大略相类也。" 不然,可以确定是“不是这样”的意思。 其它的我不确定 冠盖:旧指做官人的冠服和他们车乘的篷盖 历历:清晰貌。 大略:大约,基本 翻译:在登州(即今蓬莱)的海上,有时候会出现(这样)云气,象宫室、台观、城堞、人物、车马、冠盖,(都)清晰可见。有的人说:“(这是)海中的蛟龙吐气而形成的。”(我)怀疑不是这样的。欧阳文忠曾经出使河朔,路过高唐县,在驿管的房屋中夜间听到有鬼神从天空而经过,车马人畜的声,都一一可分辨出。他说的很详细了,这里不详细记录。询问本处的老人,他说:二十年前曾经白天路过这个县,也清楚可以看见人与物。人们也称之为海市。同登州所看见的大致上相同。应用?什么意思?夏天正午看到远处路面上方出现一汪水。也是海市蜃楼的原理