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海市蜃楼是一种有趣的光学现象，最常见的蜃景例子是“湿路”效应，在炎热夏天的马路远方可以看到路面积水的景象，这是一种下蜃景。在有些罕见的海市蜃楼中，甚至可以看到远处的地景和建筑物。那么，海市蜃楼是如何产生的呢？这种现象能否在实验室中进行重现呢？ 海市蜃楼其实就是一种自然光学现象，与时空错乱之类的原因无甚关系。简单来说，大气中的热梯度和折射率变化会使光线发生弯曲，导致物体可以在比实际位置更高或更低的地方被看到，从而产生视错觉。 在自然界中，海市蜃楼的出现与空气密度差异有关。如果想要在实验室中模拟这种情况，需要一个受热面来改变空气的密度。温度越高，密度越小，折射率也就越小。不过，想要精确控制空气密度差异比较困难。 事实上，蜃景效应也可以通过使用不同温度的水或不同密度的混合液体来实现[1]。要使蜃景实验有效，关键是要获得足够稳定的折射率梯度。 在下蜃景中，物体被看到的位置比实际位置要低，这就像在“湿路”效应中，我们看到的其实是天空，而不是道路。如果随着高度的增加，密度逐渐增加，那么，折射率也会随之增加，穿过其中的光线就会向上弯曲。 相反，如果折射率随着高度的增加而逐渐减小，就会出现上蜃景。本来远处的景物是不可见的，但经过光线折射会产生上蜃景，使得景物出现的位置高于实际位置，所以观测者就能看到远方的景物。 除此之外，还能在实验室中重现侧现蜃景。Michael Vollmer等人[2]利用一种U型的加热通道，可以看到一个玩具小人旁边出现多重影像，这就是侧现蜃景。 不过，想要再现自然界中那种大规模的复杂蜃景是不现实的，目前没有条件来做这种大型实验，实验室与自然界完全不在一个能量水平。但不管怎样，自然界中出现了海市蜃楼都存在对应的原景，海市蜃楼并非什么特别的存在。 参考文献 [1]T López-Arias, G Calzà, Luigi Gratton, S. Oss, Mirages in a bottle, Physics Education, 2009, 44: 582-588. [2] Michael Vollmer, Robert Greenle, Halo and mirage demonstrations in atmospheric optics, Applied Optics, 2003, 42: 394-398. |
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