概述
海市,也稱海市蜃樓,如今氣象學中統一名稱為蜃景。蜃景是一種非常特殊的氣候現象。次之,“蜃景”也是大氣中的一種奇特的光現象,夏天在平靜無風的海面上、在沙漠里、在炎熱的柏油馬路上等地方有時即能看到美麗迷人的“蜃景”。
成因
1.光在不均勻介質中的傳播:在折射率連續減小的不均勻介質中光的傳播不是沿直線而是沿曲線進行的,當光從介質的折射率較大的部分向折射率較小的部分傳播且發生全反射時,光的傳播將不以折線的形式而以圖1的曲線進行。
2.“上現蜃樓”(即海市蜃樓)的形成原因:夏天的傍晚在平靜無風的海面上,向遠方望去有時能看到山峰、船舶、樓台、亭閣、集市、廟宇等出現在遠方的空中,這就是“上現蜃樓”;因為夏天天氣炎熱,被暴曬了一天的空氣溫度很高而海水的溫度變化相對較小,那么從海面向上的一定高度內,海面附近的空氣溫度較低密度較大,而越向上氣溫越高空氣密度較小即較稀薄,故空氣的折射率就形成下層大而上層小的連續變化;遠處的山峰、船舶、樓台等發出的光線從(折射率較大)密度大的空氣連續不斷地傳播到密度小的上層空氣,由於不斷被折射而使光線越來越偏離法線,故進入到上層空氣的光線的入射角不斷增大,以至發生全反射而形成沿圖2示曲線傳播的光路;當反射光線進入人的眼睛時,人們逆著光線看去就感覺到遠方的山峰、船舶、樓台、樹木等景物懸在空中,這就是“上現蜃樓”。如人們比較熟悉的山東省煙臺市蓬萊縣的“蓬萊仙島”很大程度上是看到海峽對岸大連市的局部影像。
3.“下現蜃樓”(即沙漠蜃景)的形成原因:夏日的正午烈日當頭,沙漠表面被曬得非常熱使其溫度很快上升,由於沙漠地表處溫度很高故下層空氣密度小而上層空氣密度逐漸增大,那么從沙漠地面向上空氣的折射率則從小到大連續變化,故從遠處物體或藍色天空斜射向地面的光線,進入折射率逐漸減小的熱空氣層被折射後,其折射角大於入射角且折射角與入射角均逐漸增大,使傳播方向總要向上偏一些,而且入射光線可能在沙漠地面附近發生全反射;由於人眼不能看到光線的曲折而是按直線追溯射入眼中的光線射來的方向看到物體的,所以人看到這些光線好像是由他的前方射來的,於是人們就看到前方遠處物體的倒影或者感覺到前方的沙漠中出現了一片蔚藍發光的湖面(由於被太陽曬熱的沙漠表面的空氣不斷地向上流動、晃動,也由於空氣在折射率的變化,故他還會感覺到這蔚藍的湖面晃動不止而真像波浪起伏那樣);但由於上面所形成的是遠處物體或藍色天空的倒立虛像,在沙漠中實際是沒有的;故人們看到前方的物體或水源但向前奔去卻總是可望而不可即。如圖3示這就是“下現蜃樓”形成光路。這種情況在城市裡也可看到,夏天烈日照耀在柏油路面上,坐在車內的人會發現前方被曬熱的路面顯得格外明亮光滑,似有一潭清水或被水淋過一樣,但實際上路面是非常乾燥的。
蜃景原因
當我們把筷子插入盛水的玻璃杯中後,你會發現,筷子像是被水折斷似的。這個實驗告訴我們,光線在穿過密度均勻的物質(介質)時,其傳播方向和速度一般保持不變;當光線傾斜地穿過密度不同的兩種介質時,在兩種介質接觸的地方,或者叫界面,不僅傳播速度發生改變,而且行進的方向也發生偏折,這就是物理學中的光折射。當光線由密度較小的物質中射入密度較大的物質中也就是說,從疏介質進入密介質時,要向垂直於界面的法線方向偏折,即折射角小於入射角。反之,折射角會大於入射角。這就是光的折射規律。在大自然中,空氣層的各部分密度是有差別的,在特殊情況下,這種密度差還很大,因此,發生光的折射和反射現象就非常正常了。這也就是產生蜃景的原因了。
蜃景奇觀
在國外,也有許多關於蜃景奇觀的記載。1913年美國的一個探險隊去尋找一座神秘的高地。這個高地是探險隊中的一個成員在幾天前發現的。探險隊為了證實這個新發現,乘船駛過冰山海域,然後登上冰川,步行前進,直到探險隊看到那個被稱之為過冰山海域,然後登上冰川,步行前進,直到探險隊看到那個被稱之為是新發現的大山時,景象慢慢改變了。最後,隨著地球和太陽轉動,探險隊面前的景觀消失得一乾二淨。高山化為烏有,留下的只是廣闊無垠的冰山海洋。事後,探險隊認識到,他們上了自然界的當,海市蜃樓騙了他們。在戰爭史上,也有蜃景的記錄。1798年,拿破崙的軍隊在埃及沙漠中行進,茫茫沙漠中突然出現迷亂的景象,一會兒出現一個大湖,頃刻間又消失了。一會又是一片棕櫚樹林,轉眼間又變成荒草的葉子。士兵們被弄糊塗了,以為世界末日來臨,紛紛跪下祈求上帝來拯救自己。第一次世界大戰時,在一次沙漠會戰中,一隊英國炮兵正在射擊,突然間,射擊目標變成了一座海市蜃樓,指揮官被眼前發生的一切弄得莫名其妙,不得不停止炮擊。另一次,一位德國潛艇艇長通過潛望鏡看過美國紐約市的,他以為自己指揮的潛艇跑錯航線,進入美國海域,趕緊下令撤退。其實,這位艇長也是受了蜃景的欺騙。
月亮蜃景
概述
月亮蜃景,這種難得一見的自然現象,是光經過不同溫度的空氣層發生光線折射而形成的,屬於一種蜃景,類似海市蜃樓。原因
當光線掠過不同空氣層的邊界時,眼前的月亮就會出現變形,產生了第二個月亮緊緊依附於第一個月球的錯覺。幾分鐘後,兩個月亮分開,稍微靠下的“月亮”重新滑入大海。經過一上午充足的陽光照射,海面在下午開始升溫,在這種條件下,一個溫度高的反常空氣層就會出現並漂浮在海面上。在這組照片拍攝當天,海水表面溫度達到4攝氏度,而海面以上空氣溫度卻只有零下8攝氏度,當滿月的光線照射到這一冷一熱空氣層之間的邊界,光線的路徑會變形,形成了折射。於是產生了出現第二個月亮的幻景。這種現象類似於高溫天氣下路面水坑產生的幻景一樣。物理學家利斯·考利博士說:“照片拍攝於傍晚時分。在陽光一天的照射下,海水升溫,使得海面上方的空氣溫度升高。一旦不同層的空氣具有溫度差異,從它們中間穿過的光線正常軌道會變形,便產生了這種幻景。”他解釋說,月亮當時之所以呈現血紅色,可能是因為被大氣吸收的光線的藍色波長較短,進而使紅光可以通過。神奇景象
美國一名業餘攝影師約翰·斯特森2009年2月初在美國緬因州卡斯科灣捕捉到一組令人稱奇的月亮蜃景的照片。這種難得一見的自然現象是光經過不同溫度的空氣層發生光線折射而形成的。當滿月的光線照射到這一冷一熱空氣層之間的邊界,光線的路徑就會發生改變,於是月亮下方就出現了幻影,幾分鐘後,月亮和其幻影分離,隨後幻影消失。海洋學相關知識(七)