中國天氣網訊 8月15日,秦皇島昌黎縣黃金海岸景區海邊出現海市蜃樓景觀,遠遠的海面上突然出現了綿延的群山,場面甚為壯觀,人們紛紛用手機和相機記錄下這罕見的一幕。

硬核科普:如何3秒快速辨別真假海市蜃樓?15日,秦皇島昌黎縣出現海市蜃樓景觀。(北京日報都視頻截圖)

盡管如此,依然很遺憾地告訴你,大多數時候,當你在朋友圈、抖音、或微博上看到得那些令你“震驚不已”的映在天空上的海市蜃樓時,它們十有八九都是假的。一半可能是借位玻璃反光拍的,另一半則可能是后期給P的。

今天我們就來扒一扒海市蜃樓。

● 辨真假?你只需要三個步驟

第一步,看時機。如果是陰天、夜晚、雨天、多云天、大霧、大風天等沒啥光照的天氣情況下拍攝的,那肯定不是真的。

第二步,看地點。如果你發現拍攝地點高樓林立的城市中心、參天大樹密布的樹林里等視野并不開闊的地方,別掙扎了,基本不可能是真的。

第三步,看成像。如果那個成像特別大,嚴重超出該物體在你眼睛能看到的尺寸大小,那肯定是假的;如果那個成像是倒著的,同時離地平線還特別遠,那肯定也是假的;當然,如果你發現那個成像是地球上不存在之物,那肯定也是假的,比如,他們——

西游記1.jpg
來源:央視86版《西游記》截圖

● 硬核科普:蜃景,到底是什么鬼?

相信看完前文,你已經憋了一肚子問題了,別急,接下來,你的問題都會得到解答——只要你能堅持看到最后。

友情提示,本段內容“略”長,但對于提升大家日常zhuangbility超有幫助。

●“我是誰?”

據說很久很久以前,海里有種大牡蠣,其名為蜃,善吐氣。吐出的蜃氣會顯現出亭臺樓閣的畫面,有時甚至能出現往來熙攘的人群,渺渺如仙境。而這就是蜃氣、蜃景、蜃樓、海市等名字的由來。

鯨噴彩虹da.jpg雖然看不了蜃噴出海市,但看看相似的鯨魚噴彩虹總可以的。來源:新華網

我國有關海市蜃樓的記載,最早可追溯到西漢司馬遷的《史記·天官記》:“海旁蜃氣像樓臺,廣野氣成宮闕然,云氣各像其山川人民所積聚”。

那時海市蜃樓自帶了各種神秘色彩。比如數千年前秦皇漢武使人尋海外仙山以求得長生大道,很大可能就是受了它的影響。甚至千年后的白居易在描述唐明皇與楊貴妃虐戀情深的《長恨歌》中也化用了這段典故:“忽聞海上有仙山,山在虛無縹渺間。樓閣玲瓏五云起,其中綽約多仙子?!?/p>

事實上,不僅是中國,在國外,海市蜃樓也有著相似的命運。

比如英文中有種海市蜃景名叫Fata Morgana,它來自意大利語中女巫莫佳娜(Morgan le Fay)——故事中亞瑟王時期的著名女巫——的名字。傳聞在亞平寧半島和西西里島之間的墨西拿海峽上,人們經??吹胶C嫔下柫⑵鹦螒B各異且不斷變化的城堡,當地人便認為是傳說中的女巫莫佳娜在施魔法,于是將這種現象稱為“Fata Morgana”。

硬核科普:如何3秒快速辨別真假海市蜃樓?

等到了現代,海市蜃樓有了個專業的名字:在全國自然科學名詞審定委員會1988年公布的大氣科學名詞和1989年公布的海洋科學名詞中定名為蜃景(后文將統一稱為蜃景)。

盡管名字里的“蜃”還保留了它最初始的印記,但圍繞它的那些神奇大牡蠣、海外仙山等都早已消逝在人類不斷發展前進的滾滾車輪里了。

●“我是怎么來的?”

蜃景是怎么形成的?

它是光“玩弄”我們眼睛的結果。

舉個例子,當你站在水里捉魚總是很難捉到,這是因為光從水里biu出來射進你眼睛時發生了折射,在呈現魚的位置這件事上,它“欺騙”了我們的眼睛。

就著這條不好捉的魚,我們往高中物理的知識海洋里再深潛一點。當光由光密介質(物理學上,把光穿過兩種介質時光速更大的那個介質叫做光疏介質,光速小的叫光密介質。)進入到光疏介質之中時,折射角會大于入射角,也就是說光線會向下偏折,如下圖a;反之,折射角會小于入射角,光就會向上偏折,如下圖b。

折射示意圖1.jpg

Get到以上知識點后,現在我們再去捉魚。我們知道了眼睛看到的是折射后的魚,那么只要稍微往后錯開些位置下手,捉到魚的概率就會大很多。

折射示意圖2.jpg因為光的折射,我們看到魚的位置略靠前。

而把這種光的折射“小把戲”搬到大氣里,就是蜃景了。

蜃景是光線經過不同密度的空氣層時發生顯著的折射或全反射時,把遠處景物顯示在空中或地面而形成的各種奇異景象。

小結一下,我們get到以下知識點:

1、蜃景的形成需要充足的光;

2、蜃景的形成需要不同密度的空氣介質層;

3、它所呈現的內容都是真實存在的。

根據成像的不同,蜃景又分為很多類別,一般我們常說蜃景指的是上現蜃景和下現蜃景。

上現蜃景,通俗來說就是在大氣中形成的位于實物位置之上的蜃景,它可能是正像,也可能是倒像;反之,就是下現蜃景,它一般都是倒像。前者成像更穩定,也更為罕見;后者成像容易變形拉伸,在沙漠地區比較常見。

我們常見的上現蜃景多出現在海上。

當陽光持續直射海面時,上層空氣因太陽輻射而迅速被加熱,而海水比熱容遠大于空氣,因此海水溫度更低,導致靠近海面的空氣層溫度也低,于是就形成了逆溫層(正常情況下,空氣層越往上溫度越低),這就為蜃景的出現提供了基礎環境。

有點暈?別怕,跟著下圖繼續走,我們會讓你skr明白。

折射示意圖3.jpg

以上圖為例,當光線從A點射入空氣,由于近海面空氣層存在逆溫,光線便發生折射并向下偏折,當入射角達臨界角時,在D點發生全反射,然后光沿著與之前相反的路徑繼續折射。

此時,如果我們剛好處在A→D或D→C之間光的折射光路上,就可能看到蜃景。不同的是,在B點看到的是A的正像蜃景A1(如下圖),而在E點,由于光發生了全反射,看到的則是A的倒像蜃景A2。

現在讓我們轉換一個場景,從海洋來到沙漠,這里是下現蜃景的高發區。

我們常常聽說的瀕死的沙漠旅人發現遠處有一片藍色水泊或沙漠綠洲,他不停地走卻始終無法靠近那片救命的水泊,這其實就是下現蜃景,形成原理和上現蜃景剛好相反。

夏季,當炎熱陽光照在沙地上時,接近沙面的空氣層密度小,上層較冷空氣密度大,遠處物體射向地面的光線進入靠近地面的空氣層時,被向上折射,大家看到的就如同一個鏡面倒影。尤其當被折射的物體是藍天時,加上空氣流動帶來的波動,看起來就是波光粼粼的水泊了。

● 練習題:那些年我們看過的“海市蜃樓”們

所有的理論研究都為了指導實踐,經過上文物理光學知識的武裝后,相信你對本文一開始的三步辨別指南有了靈魂升華般的理解了。

激動人心的實戰時刻到了,一起來辨別以下海市蜃樓到底是真是假?

先來做個示范:


來源:維基百科

上圖為19世紀一本書中關于蜃景的插圖。雖然都是在實物上方,看起來是上現蜃景,但左邊的蜃景離地平線太遠,右邊的蜃景遠大于真實視角中的真實物體,都是不對的。

練習題1:

練習題2:

練習題3:

練習題4:

真假7.jpg

練習題5:

真假9.jpg

練習題6:

相信認真看完的童鞋應該不用1分鐘就能做完,至于依然困惑的,可以倒回去再學習一遍,靴靴。

● 問題來了:哪里容易看到貨真價實的蜃景?

上文提過極地、沙漠是容易出現蜃景,但講真,這些地方都不容易去。不過有一個地方值得一去,那就是——

山東蓬萊。

蓬萊古稱登州,自古以來就有很多關見到海市的記載。

比如北宋·沈括在《夢溪筆談·異事》中記載,“登州海中,時有云氣,如宮室、臺觀、城堞、人物、車馬、冠蓋,歷歷可見,謂之海市?;蛟或则字畾馑鶠?,疑不然也?!倍P于蓬萊蜃景記載中最有名氣的當推在登州做過五日知州的蘇軾,他還專門寫了首《海市詩》。

蓬萊地圖.jpg
來源:高德地圖

蓬萊容易見到蜃景,是有天時地利的,大家看看地圖,就發現蓬萊北邊有一串名為長島的島嶼,這就為蜃景的出現提供了客觀物;而且這里的海面容易形成相對穩定、規則、呈水平狀態分布的空氣密度層面,再加上單位垂直距離內溫差較大,也為光的折射提供了理想環境。

有研究將1980年至2007年期間,在蓬萊北部海域發生的有記錄的37次海市情況進行季節性分析發現,5-7月是出現頻次最高的月份。

表格1.jpg來源:《蓬萊海市蜃樓形成的氣象因素季節分布及征兆》

來來來,劃下重點,山東蓬萊、5-7月,記住了啊。

如果你不想跋涉千里去蓬萊,那么在自己所在的城市里,也是有機會看到蜃景的,而且,很可能你早就見過了。

馬路蜃景.jpg
圖片來源:維基百科

比如暴曬夏天柏油馬路上的這些重影,就是最常見的下現蜃景。

● 終極奧義:能不能人工造一個蜃景?

終極問題來了,既然知道了蜃景不是大牡蠣吐出來的,也不是莫佳娜揮舞魔棒biu出來的,那我們能不能人工造一個蜃景?

當然可以。

今天我們就教大家一招足不出戶、老少咸宜、跟蜃景原理一模一樣的山寨“蜃景”制作大法。

首先,你得制造一個能讓光不停折射的密度不同的介質層,比如一杯大家都觸手可及的濃度不同的糖水。要注意,先倒入濃度最濃的糖水,然后從下往上糖的濃度逐漸變少,這樣就好比海面上空出現了逆溫層。

其次,你需要一個客觀物,比如一只貓。

現在,萬事俱備,你只需要端著水杯對著你的貓,透過水杯去看它。你會發現貓主子正用看“魚唇人類”的死亡視線看著你,而且由于折射率不同的糖水層還讓它的死亡視線能力double了好幾倍↓↓↓

貓蜃景_副本.jpg
作者:Shy halatzi 來源:維基百科

鐺鐺——這就是傳說中的“喵の蜃景”啦。

番外篇:世界上最奇幻的蜃景

你知道嗎?極地也容易發生蜃景。

極地蜃景.jpg2008年1月28日在南極洲麥克默多站拍攝到的冰上飛機的蜃景。作者:Yoann SALLAZ-DAMAZ 來源:維基百科

那里還有世界上最神奇的蜃景——“新地島效應”(Novaya Zemlya effect)。

它可以讓人在極夜里看見太陽。

最早發現并記錄這個現象的是荷蘭航海家威廉·巴倫支的船員們。

1596年,為在極地尋找東北航路,威廉·巴倫支發起了第三次極地探險活動,當走到俄羅斯北部的新地島(NovayaZemlya)附近時,他們遇上了極地的冬天,不得不停留下來等待冬季過去。就在1597年1月24日,有船員聲稱看到了太陽,而當時極夜還未結束,距離太陽的回歸應當還有兩周左右。三天后,太陽再度出現了,這次多數船員都看到了,于是被記錄了下來。

但由于太過匪夷所思,當時的人們和科學家并不相信他們船員們真的看到了太陽。直到幾百年后,英國南極探險家沙克爾頓在他1915年最后一次探索南極洲時,再度看到這一奇觀。這次,太陽在最后一次日出后的第七天,又出現在了地平線附近。

之后,科學家就將這類現象以其第一次被記錄的地方命名為“新地島效應”。

讓太陽出現在極夜聽起來很難,但所需的條件不太多。有研究認為,當大氣中出現體量龐大的逆溫層,且光在逆溫層上下的其他空氣層中折射率低于1、同時被反復折射的光能量足以支撐它以近似地球曲率的折射曲率前進時,就可能產生像揮舞長條彩帶一樣的效果,足以讓光將遠在地球之外天體的蜃景“投遞”到你面前,也就是新地島效應的出現了。(文/朱茜)

參考資料:

《蓬萊閣志》、《蓬萊海市蜃樓形成的氣象因素季節分布及征兆》、《出現海市蜃樓的天氣特征分析》、《海市蜃樓現象及其主要疑問分析》、《The Novaya Zemlya effect:An arctic mirage》等。