海市蜃楼：“空中楼阁”和“沙漠绿洲”其实是不同的成像原理！
公元前 108 年，司马迁成为史官，决定写一部纵贯古今的史书。10 年后，他因故触怒了汉武帝，遭到宫刑，羞愤之余，更加努力，大约在公元前 91 年，也就是他 55 岁那年，完成了旷世巨着《史记》。
《史记》约 60 万字，当时还没有纸，是用竹简写的，这是多么大的工程啊!《史记》的内容，由本纪、表、书、世家、列传等 5 部分构成。本纪、世家和列传，都是人物传记。表是年表。书的内容较杂，“天官书”以记载天象为主，其中有段话，大意是说，海中有种巨蛤（蜃），它吐出的气，会化为楼台、宫殿等景象。成语“海市蜃楼”和“空中楼阁”，就是从这段话演变而来的。
古人早已意识到，海市蜃楼是虚幻的，人们便用来比喻虚幻的事物。让我们造两个句吧。
他的想法虚幻不实，宛如海市蜃楼，根本无法实现。
我们筑梦吧，即使是海市蜃楼，空欢喜一场又有何妨。
话题回到《史记》天官书的那段话，海市蜃楼果真是海中巨蛤吐气形成的吗?当然不是，它是个光学现象，称为蜃景。
沙漠绿洲
冷空气的密度较大，折射率也较大。当地面空气的温度和高空空气的温度差异甚大，光线从暖空气层进入冷空气层产生折射，就会出现景物的倒影。在沙漠地区，白天地面晒得很热，最容易产生这种现象。由于看到的是景物的倒影，所以称为下蜃景。
“下蜃景”的成像原理。当大气垂直方向的温度差异很大，且“上冷下暖”时，由于冷空气折射率较暖空气大，光线由冷空气进入暖空气时会向冷空气的方向偏折，最终光线会弯曲形成“凹向上”的轨迹（如图中 b），大脑收到光线后，视觉皮层会将光线解读成直线前进抵达眼睛（如图中 c），产生地面上的倒影。图/维基百科
在春天的莫哈维沙漠出现的“下蜃景”，路面上的“假水”，实际上是地面上方的“蓝天”折射到地面的镜像。图/维基百科
许多沙漠探险的书中都说，探险家看到倒垂的树影，还以为远处有座湖泊呢!其实是下蜃景。夏季在空旷的高速公路上，常会看到远处水汪汪一片，其实是折射到地面上的蓝天，这是最常见的下蜃景。
空中楼阁
如果地面空气较高空空气的温度低，会不会产生海市蜃楼现象?会的。海水的温度较为恒定，即使夏日炎炎，也不容易晒热。如果有冷水流过，水温更低。下层空气受到水温的影响，有时温度会比上层的空气低，形成下冷上暖的反常现象。这时如因折射产生蜃景，会高出海面一些，所以称为上蜃景。
上蜃景（左）与下蜃景（右）的成像原理比较。上蜃景中，空气“上暖下冷”，由上方暖空气层进入下方冷空气层的光线，会往冷空气侧偏折，光线最终形成弯曲且“凹向下”的轨迹（如左图 1）。光线进入眼睛后，被大脑解读成直线前进，产生空中的成像（如左图 2）。图/wikimedia
在日本富山县鱼津市拍摄到的“上蜃景”，原本地平线下的景物，被折射到地平线上方。图/维基百科
海市蜃楼和地理位置、气象条件等多种因素有关。近海岸处的海市蜃楼，通常出现在平静无风的夏季。就全中国来说，山东蓬莱可能是出现最多的地方。2008 年 6 月 14 日在蓬莱所拍的一张照片，海面上浮现出当地名胜蓬莱阁的蜃景。注意看，它是不是较海平面高出一些?
在山东省蓬莱市海面拍摄到的上蜃景。图/维基百科
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