海市蜃樓
海市蜃樓(又稱「蜃氣樓」、「蜃樓」、「蜃景」、「蜃氣樓台」、「海市」等)是自然發生的光學現象,是指光線因偏折而在遙遠的距離或天空中生成虛像。在大氣科學中稱為蜃景[1]。古人認為是蜃吐出的氣息。
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e9/Farallon_Islands_at_inferior_mirage_no_mirage_and_superior_mirage.jpg/350px-Farallon_Islands_at_inferior_mirage_no_mirage_and_superior_mirage.jpg)
英文為mirage。這個字源自拉丁文的mirare,再經由法文的mirage而來,意思是「看見的奇景」,也就是海市蜃樓。這與「mirror」(鏡子)和「to admire」(欣賞)有着相同的字根。
相對於幻覺,海市蜃樓是一種真實的光學現象,由於觀測到的位置是由實際光線折射形成的虛像,它可以用照相機來捕捉影像。然而,會出現甚麼樣的影像全由人類心靈解釋的能力來確定。例如,在地面的上蜃景非常容易被誤認為來自一小片水窪的反射。
蜃景可以分類為「下蜃景」(意思是低)、「上蜃景」(意思是高,即「複雜蜃景」),一種包含一系列異常複雜,垂直堆疊影像,形成快速變化蜃景的上蜃景。
成因
編輯冷空氣的密度比暖空氣大,因此有較大的折射率。當光線由冷空氣進入有着明確邊界的暖空氣,光線會彎曲偏離溫度梯度的方向;當光線由暖空氣進入冷空氣,它們會偏向接近梯度的方向。如果接近地面的空氣比更上面的溫暖,光線會彎曲成朝上呈現凹線的軌跡。
一旦光線抵達觀測者的眼睛,視覺皮層將解釋成它是沿着「視線」筆直的前進,然而這條線只是它抵達人眼處弧線的切線方向。結果是天空上的下蜃景似乎是在地面上。觀測者可能會錯誤的解釋這些景象是水反射至空中的,對大腦而言,這是較為合理和常發生的。
在地面的空氣比上層微冷的狀況,光線會被偏折朝下,產生「上蜃景」。
「寧靜」狀態的地球大氣層垂直梯度大約是高度每升高100米,溫度變化-1℃ (數值是負的是因為溫度隨高度增加而降低)。發生蜃景的溫度梯度必須比這個大許多。依據M. Minnaert[2],這個溫度梯度的量級至少是每米2℃,而要達到每米4℃或5℃才會出現明顯的蜃景。這些條件常出現在被強力加熱的地面,例如,當太陽一直照耀着砂或瀝青,通常就會生成下蜃景的景象。
下蜃景
編輯前述的模型解釋了下蜃景的成因,之所以稱為「下」是因為看見的影像是在實際物體下方的緣故。真實的物體是藍天或在這一方向的遠方物體,意思是說我們看見的物體實際上是在遠方地面被藍色補綴的。對在沙漠中筋疲力竭的旅行者,它看起來像是湖水;在柏油路的道路上,它看似滿溢的水或甚至是油。這被稱為「沙漠蜃景」或「高速路蜃景」。請注意,在陽光的曝曬下砂和柏油都會變得很熱,很容易就會比上方1米的空氣熱上10℃,而足以形成蜃景。
來自遠方特定距離物體的光線全都穿越幾乎相同的空氣層,並且全部都有相同的偏折量。因此來自物體頂端的光線將比那些來自底部的光線更低,所以這些蜃景經常是倒立的,天空增強了影像的錯覺,使得遠方物體的影象很像經過擾動的水或油坑表面作用的鏡像。
下蜃景的影象是不穩定的。熱空氣上升和冷空氣(因為密度較高)下降,因此空氣層會混合,引起上升的湍流,圖象會因此而被扭曲。它也可能會振動、垂直擴展(高聳)或橫向擴展(水平變寬)。如果有幾層不同的溫度層,可能會混合好幾個蜃景,導致雙(重疊) 的影像。在任何情況下,蜃景的高度通常不會超過半度(等同於月球或太陽的視直徑),並且與實物相距只有幾公里。
高速路蜃景
編輯路面上的「水」實際上是藍天的鏡像,猶如岸上的風景在湖面的倒影,是光線反射形成的。在無風、炎熱天氣,路面上方會形成一個大約20厘米高的稀薄的熱空氣層,與其上方的冷空氣交界處形成了一個反射界面,可以反射傾斜入射的陽光。
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高速公路上的海市蜃樓
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海市蜃樓現象中,有一部份的樹像消失在地平線之上
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太陽升起的瞬間,海平面出現劇烈的光線折射
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太陽升起時,海平面出現海市蜃樓現象
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上蜃景
編輯複雜蜃景
編輯複雜蜃景,名稱來自於意大利的Morgan le Fay,神話中與亞瑟王是異母姊妹的仙女,是非常複雜的上蜃景。他會更替的出現被壓縮或伸展、倒置和抬升的影像[3]。複雜蜃景也是一種快速變化的蜃景。
複雜蜃景幾乎可以在任何區域中觀察到,但是最常見的是在極地,特別是有着一致低溫的大片冰層。在極地的複雜蜃景現象都在相對較冷的天氣被觀察到,然而在沙漠、海洋、和湖泊,可以在熱天觀察到。要生成複雜蜃景,逆溫層須要對光線造成強大的偏折,在逆溫層內的偏折必須大於地球表面的曲率[3]。
天體的海市蜃樓
編輯天體的海市蜃樓是在自然界發生的一些光學現象,光線被天體偏折而產生扭曲或多重影像。蜃景可能在這些天體上被觀測到,像是太陽、月球、行星、明亮的恆星和非常亮的彗星。最常被觀測到的是日出和日落 蜃景。
史書記載
編輯《史記‧封禪書》:「自威、宣、燕昭,使人入海求蓬萊、方丈、瀛洲。此三神山者,其傳在勃海中,去人不遠,患且至,則船風引而去。蓋嘗有至者,諸仙人及不死之藥在焉,其物禽獸盡白,而黃金白銀為宮闕。未至,望之如雲;及到,三神山反居水下;臨之,風輒引去,終莫能至。」
宋朝沈括在《夢溪筆談》中這樣寫道:「登州海中,時有雲氣,如宮室、臺觀、城堞、人物、車馬、冠蓋,歷歷可見,謂之『海市』。或曰『蛟蜃之氣所為』[7],疑不然也。歐陽文忠曾出使河朔,過高唐縣,驛捨中夜有鬼神自空中過,車馬人畜之聲一一可辨,其說甚詳,此不具紀。問本處父老,云:『二十年前嘗晝過縣,亦歷歷見人物。』土人亦謂之『海市』,與登州所見大略相類也。」
明朝陸容《菽園雜記》:「蜃氣樓台之說,出天官書,其來遠矣。或以蜃為大蛤,月令所謂雉入大海為蜃是也。或以為蛇所化。海中此物固多有之。然海濱之地,未嘗見有樓台之狀。惟登州海市,世傳道之,疑以為蜃氣所致。蘇長公海市詩序謂其嘗出於春夏,歲晚不復見,公禱於海神之廟,明日見焉。是又以為可禱,則非蜃氣矣。」
天啟四年(1624)五月二十一日,袁可立在登州公署中看到了海市蜃樓:「睢陽袁可立為撫軍,時飲樓上。忽艨艟數十揚帆來,各立介士,甲光耀目,朱旗蔽天,相顧錯愕。急罷酒料理城守,而船將抵岸,忽然不見,乃知是海市。」。詩興大發,在蓬萊閣上留下名篇《觀海市詩》。
清劉獻廷《廣陽雜記》:「萊陽董樵云:登州海市,不止幻樓台殿閣之形,一日見戰艦百餘,旌仗森然,且有金鼓聲。頃之,脫入水。又雲,崇禎三年,樵赴登州,知府肖魚小試,適門吏報海市。蓋其俗,遇海市必擊鼓報官也。肖率諸童子往觀,見北門外長山忽穴其中,如城門然。水自內出,頃之上沸,斷山為二。自辰至午始復故。又雲,涉海者雲,嘗從海中望岸上,亦有樓觀人物,如岸上所見者。」
康熙十一年(1672年)四月蒲松齡與唐夢賚、高珩、張紱、等8人東遊嶗山恰好見到海市。蒲松齡受到啟發,寫了《嶗山道士》和《香玉》。唐夢賚在《志壑堂文集‧雜記》中記載:「壬子夏,遊嶗山,見海市。時同行者八人。初宿修真觀,曆上清、下清庵,登八仙墩,水盡山窮,連天一碧。再宿青石澗,觀日出。回至番轅嶺,微雨初晴,東望海際,一城在白雲中,堞數十仞,炮臺敵樓,歷歷可數。俄見一人青衣出,路南行,後一人肩挑雨具從之,向西望,若凝眸。吾輩諸同人方驚疑,雲去時未見此城,且遷海以後寧複存此島乎?詢之土人從同行者,乃曰:『此海市也,是為滄洲島。』一食頃,而埤堄漸低,青山露髻文,移時城山盡出,恍如夢寐矣。」
文化
編輯相關條目
編輯參考文獻
編輯- ^ 劉青,溫昌斌,海峽兩岸科技名詞差異問題分析與試解,中國科技術語,(3),2008, 65-69
- ^ M. Minnaert; The Nature of Light and Colour in the Open Air; 1948; ISBN 978-0-486-20196-2.
- ^ 3.0 3.1 An Introduction to Mirages (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館) by Andy Young
- ^ SDSU.edu (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館), "Atmospheric Optics Glossary" by Andy Young
- ^ Durst and Bull. Met. Mag. 85. 1956: 237–242.
- ^ Andrew, Young. Annotated bibliography of mirages, green flashes, atmospheric refraction, etc.. [2012-01-28]. (原始內容存檔於2011-03-09).
- ^ 蜃,大蛤蜊。傳說蜃能吐氣而形成樓臺城市等景觀。