你一定听说过海市蜃楼，但是你知道为什么会发生这一现象吗？这是因为沙漠里的沙子被太阳暴晒后，接近沙子的空气就会比上层的空气热得多，使得它的密度减小，它就变成了镜子一样。这样的话，从遥远的地方射过来的光线遇到密度较小的空气会发生弯曲，射到沙子之后再折射到人的眼睛里，使得人们可以看到奇特的景象。而对于看到景象的人来说，就好像面前的沙漠里有一片很大的水面，倒映着岸上的景色。如图所示。
图 海市蜃楼的原理。
确切地说，接近沙子的那部分热空气并非像镜子那样简单地反射光线，而是像从水底向上看向水面。物理学上把这一现象叫作“全反射”，这跟普通的反射是不同的。要想得到这种“全反射”现象，必须使光线的入射角尽可能大，也就是尽可能倾斜地照到热空气层，比图所示的倾斜多了。如果入射角不够大就达不到“临界值”，也就不能实现“全反射”。
在刚才关于海市蜃楼的解释里，有一点容易让人产生误解。我们知道，对于我们生活的大气层来说，底下的空气密度要比上方的空气密度大。也就是说，如果密度小的空气在密度大的空气下方，密度较大的空气就会向下流动。那么在海市蜃楼里，为什么密度小的热空气能够停留在密度大的空气下面呢？
其实，这一点也很容易解释。在稳定的大气层里，的确不会有密度大的空气在上方的情形，而在流动的大气层里，情况就不一样了。接近沙子的热空气当然不会一直停留在沙子上面，而是不断向上升，但是一旦它升起来，马上就会有别的热空气来弥补，使得这一层空气始终保持较高的温度。也就是说，热空气虽然被不断更替，但是在靠近沙子的上方，始终有一层较小密度的热空气。对于光线来说，才不管它是不是原来的空气层呢！
像在气象学上，人们通常把我们刚才谈到的海市蜃楼称为“下现蜃景”，其实还有另外一种，也就是“上现蜃景”，这种海市蜃楼是因为上方的空气密度小，发生反射形成的。很多人误以为这种海市蜃楼只可能在南方那种特别炎热的沙漠地带才有。其实不然，在北方也可能发生。比如说，在炎热的夏天，颜色较深的柏油马路被太阳炙烤之后，路面看上去就好像洒了一层水一样，倒映着远方的物体，如图所示。在夏天，只要留意观察，这种现象还是经常能看得到的。
图 在柏油马路上看到的海市蜃楼。
另外，还有一种海市蜃楼，叫“侧现蜃楼”。顾名思义，表现的是侧面的景象。这种海市蜃楼是因为侧面的墙壁受到炙烤，发生反射形成的。有一位作家曾经写过这一现象。有一次，这个作家经过一个炮台的堡垒，不经意发现，堡垒的墙壁突然亮了很多，就好像镜子一样，把周围的景色全部照了出来。往前继续走，作家来到另一堵墙边，发现了同样的景象，原本凹凸不平的墙面变得异常光滑。原来，那天天气很晴朗，太阳光线也非常强，堡垒的墙被烤得非常热，所以就形成了这一奇特的景观。如图所示，F和F'分别表示堡垒的两堵墙，A和A'分别表示作家所处的位置。这一景观不仅可以用肉眼看到，还可以用照相机照下来。
图 堡垒墙壁示意图。从A点看，墙壁F就好像镜子一样；从A'点看，墙壁F'也好像镜子一样。
我们用F表示堡垒的墙壁，如图所示。开始的时候，堡垒的墙是凹凸不平的（图中左侧），后来却变亮了（图中右侧），像镜子一样，这是我们从A点拍摄的效果。在左侧的图片上，我们看到的是一面普通的墙壁，没有任何反射现象，所以也就不可能映照出人形来。而在右侧的图片上，我们看到的还是刚才那面墙壁，但是亮多了，就像镜子一样，所以映照出了离它比较近的那个人形。发生这一现象的原理跟前面是一样的，也是靠近墙壁的空气被烤热了的缘故。
图 凹凸不平的墙壁（左）突然变得像镜子一样光滑，能反射了（右）。
在夏天比较热的时候，只要你注意观察，这种现象还是很容易发现的，特别是在那些比较高大的建筑物墙壁上。
