公路上并不存在的水

在炎熱的夏季，特別是正午的時候，幾乎沒有一絲風，熱辣辣的太陽炙烤著柏油馬路。你坐在行駛的汽車中，突然發現在公路的不遠處，似乎有一攤水，幾乎覆蓋了整個路面，“水”里還會有前面行駛的車或路邊路燈的倒影。隨著你乘坐的汽車前移，這攤“水”似乎也在向后退，和你保持一定的距離。有時候這攤“水”還會突然消失了，似乎從來沒有存在過。

那公路上的這攤“水”真的存在嗎？

答案是這攤“水”不存在，我們看到的水是一種虛像，這其實是光和空氣的共同作用所產生的海市蜃樓現象。

說到海市蜃樓，似乎還帶著一種神秘的色彩。在古代，人們相信海市蜃樓是一種叫蜃（蛤蜊）的動物吐的氣形成的。隨著科學的發展和進步，現在人們知道海市蜃樓實際上是大氣由于光線折射而出現的一種自然現象。

公路上并不存在的水是一種最為簡單的海市蜃樓現象。陽光照射在黑色的柏油路上時，路面因為吸熱而溫度升得很快，緊貼路面的空氣也隨之升高，空氣的溫度升高使空氣密度隨之減小。而距路面較高的上層空氣溫度與下層比相對較低，空氣密度也較大。這時上層空氣相當于光密介質，折射率大；而緊貼路面的下層空氣相當于光疏介質，折射率小。從遠處物體射向地面的光線，進入折射率小的熱空氣層時被折射，入射角逐漸增大，也可能發生全反射。人們逆著反射光線看去，就會看到遠處物體的倒影，仿佛是從水面反射出來的一樣，感覺路面像有水似的。當車向前移動時，全反射條件可能不具備了，也就看不到了，所以路面上的水消失了。

沙漠也是經常出現海市蜃樓的地方。又累又渴的旅行者忽然發現遠處有一塊綠洲，有房子、樹林、牲畜、湖泊和人群。當旅行者欣喜若狂，急速向前奔去的時候，綠洲消失了，前面依然是一望無際的沙漠。

沙漠中海市蜃樓形成的原理和公路上的水基本相同，也是光線穿越不同密度的空氣而出現的折射現象。在沙漠里，沙石被太陽曬得灼熱，接近沙層的氣溫升高極快。由于空氣不易于傳熱，所以在無風的時候，空氣上下層間的熱量交換極小，結果下面空氣熱，上面空氣冷，上下溫度差異比較明顯。上下層空氣溫度的差異也使得下層空氣密度反而比上層小。在這種情況下，如果前方有一棵樹，它生長在一塊綠洲上，由樹梢傾斜向下投射的光線從密度大的空氣層進入密度小的空氣層時，就會發生折射。折射光線到了貼近地面的空氣層時，就會發生全反射，光線又由近地面密度小的空氣層反射回到上面密度較大的空氣層中來。這樣，經過一條向下凹陷的彎曲光線，樹的影像就送到了人的眼中，出現了一棵樹的倒影。這種倒影很容易給人們一種樹木在水邊的幻覺，以為遠處一定是一處湖泊。

海市蜃樓還常出現在海面或湖面上，也是光線在不同密度的空氣中發生折射而出現的現象。雖然原理相同，但光線穿越密度不同的空氣層次序不同。在公路和沙漠的海市蜃樓現象中，貼近地面的空氣密度低，距離地面較高的空氣密度高；而在海面和湖面上的海市蜃樓現象中，貼近水面的空氣密度高，而距離水面較高的空氣密度低。當遠處地平線以下的山峰、船舶、樓房和行人等發出的光線射向空中時，由于水面上的空氣密度不同，光線的折射角不斷地增大，以致發生全反射。光線反射回地面，人們逆著光線看去，遠處地平線以下的景物就懸在空中了，成為海市蜃樓。

無論哪一種海市蜃樓，只能在無風或風力極微弱的天氣條件下出現。當大風一起，引起了上下層空氣的攪動混合，上下層空氣密度的差異減小了，光線沒有異常折射和全反射，那么所有的幻景就立刻消逝了。

海市蜃樓的現象與發生地域的地理位置、氣候和氣象特點密切相關，常常在同一地點重復出現，比如我國的蓬萊、汕頭、美國的阿拉斯加和俄羅斯的齊姆連斯克等。另外，海市蜃樓出現的時間比較固定，比如我國山東蓬萊的海市蜃樓大多出現在每年的5月和6月，而美國阿拉斯加的海市蜃樓一般出現在每年的6月20日前后的20天內。