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        海市蜃樓:大自然的魔術(shù)

        2020-07-07 09:35:32徐海楚婉苓楊敏公明
        知識(shí)就是力量 2020年5期

        徐海 楚婉苓 楊敏 公明

        “我要穿越這片沙漠/找尋真的自我/身邊只有一匹駱駝陪我 我尋找沙漠綠洲/出現(xiàn)海市蜃樓”不知道你是否聽過《沙漠駱駝》這首歌?這首歌把在現(xiàn)實(shí)生活壓力下的聽眾帶到了那既蒼涼迷茫又熱情豪邁的大漠黃沙中。或許,每個(gè)人心中都曾有過“跨上沙漠之舟,提上一壺烈酒,穿越沙漠尋找真的自我”的夢,歌曲借駱駝堅(jiān)韌不拔、自強(qiáng)不息的品格提醒人們不要懼怕前方迷途,努力堅(jiān)持方能走出黑暗,迎來綠洲。歌曲中的沙漠綠洲是旅者心中的海市蜃樓,更是旅者心中的美好夢想。那么,歌中的海市蜃樓在現(xiàn)實(shí)生活中真的存在嗎?就讓我們一起來揭開海市蜃樓的神秘面紗吧。

        以一位站在沙漠熱面上的觀察者望向棕櫚樹為例,說明海市蜃樓現(xiàn)象

        海市蜃樓真的存在嗎?

        是的,海市蜃樓真的存在!

        海市蜃樓是大氣折射而產(chǎn)生的一種光學(xué)現(xiàn)象,而這種折射主要是由上下層空氣的溫度和密度所致,一般多出現(xiàn)于海上和沙漠中。在海面上,由于近海面的地方溫度較低、密度較大,而空中溫度較高、密度較小,光線發(fā)生折射將遠(yuǎn)處物體的虛像呈現(xiàn)在海面之上,從而出現(xiàn)我們常說的海市蜃樓;而沙漠中則正好相反,下熱上冷,光線發(fā)生折射,在沙地中形成倒像,從而將遠(yuǎn)處的景象呈現(xiàn)出來,讓人誤以為有湖水、綠洲。

        另外,城市中的海市蜃樓一般出現(xiàn)在夏天的柏油馬路上。在炎熱的夏天,柏油馬路吸收光和熱的能力很強(qiáng),地表溫度高,會(huì)在路面上空形成上層空氣冷、密度大,而下層空氣熱、密度小的分布特征,這與沙漠里的情況相似。

        在山東省蓬萊市海面拍攝到的海市蜃樓(圖片來源 / Wiki)

        一個(gè)地方在6 分鐘內(nèi)的各種蜃景:最上面的內(nèi)框顯示的是法拉隆群島的下蜃景,第二個(gè)內(nèi)框是法拉隆群島與左方的綠閃光,最下面的三個(gè)內(nèi)框和主框架顯示的是法拉隆群島的上蜃景(圖片來源 / Wiki)

        沙漠中出現(xiàn)的海市蜃樓,會(huì)使人很難辨別遠(yuǎn)處的物體,同時(shí)也會(huì)使遠(yuǎn)處視野的輪廓變得模糊不清,就感覺好像被一片水包圍著,而那片區(qū)域高出來的部分看上去就像水中的“島嶼”。另外,海市蜃樓還會(huì)使識(shí)別目標(biāo)、估計(jì)射程、發(fā)現(xiàn)人員等變得十分困難。不過,如果找到一個(gè)高一點(diǎn)的地方(高出沙漠地面3米左右),那就可以避開貼近地表的熱空氣,從而克服海市蜃樓幻境。總之,只要稍稍調(diào)整一下觀望的高度,海市蜃樓現(xiàn)象就會(huì)消失,或者它的外觀和高度會(huì)發(fā)生改變。

        海市蜃樓:都是光線惹的禍

        自古以來,海市蜃樓就為世人所關(guān)注。在西方神話中,海市蜃樓被描繪成魔鬼的化身,是死亡和不幸的兇兆;中國古代則把海市蜃樓看成是仙境,秦始皇、漢武帝就曾多次派人去蓬萊仙境尋求靈丹妙藥。

        根據(jù)出現(xiàn)的位置相對(duì)于原物的方位,海市蜃樓可以分為上蜃景、下蜃景和側(cè)蜃景。

        上蜃景是常發(fā)生于海上的蜃景,多為正立像。上蜃景是一種快速變化的蜃景,幾乎可以在任何區(qū)域中觀察到,但最常見的還是在極地,特別是有著一致低溫的大片冰層地區(qū)。在極地出現(xiàn)的上蜃景現(xiàn)象,都是在相對(duì)較冷的天氣情況下被觀察到的,而在沙漠、海洋和湖泊,則容易在天氣炎熱時(shí)觀察到。要生成上蜃景,逆溫層需要對(duì)光線造成強(qiáng)大的偏折,且在逆溫層內(nèi)的偏折必須大于地球表面的曲率,該現(xiàn)象才會(huì)產(chǎn)生。

        在春天的莫哈維沙漠出現(xiàn)的下蜃景(圖片來源 / Wiki)

        下蜃景是常發(fā)生于沙漠中的蜃景。之所以稱為“下”是因?yàn)榭匆姷挠跋袷窃趯?shí)際物體下方的緣故。來自遠(yuǎn)方特定距離物體的光線全都穿越幾乎相同的空氣層,并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(jīng)常是倒立的。下蜃景的影像是不穩(wěn)定的。因?yàn)殡S著熱空氣的上升和冷空氣的下降,不同溫度的空氣層混合會(huì)引起上升的湍流,圖象會(huì)因此而被扭曲。它也可能會(huì)振動(dòng)、垂直擴(kuò)展(高聳)或橫向擴(kuò)展(水平變寬)。如果有幾層不同的溫度層,可能會(huì)導(dǎo)致蜃景重疊。

        側(cè)蜃景是常發(fā)生于巖壁等附近的蜃景,多為正立像。這種蜃景類似于下蜃景,當(dāng)垂直表面(如巖壁、墻面)經(jīng)暴曬而使空氣形成水平溫度梯度時(shí),由于大氣折射,旁邊的物體會(huì)在靠近高溫表面的一側(cè)產(chǎn)生一個(gè)對(duì)稱的虛像,這種蜃景對(duì)于環(huán)境要求更高,所以也比較少見。

        知識(shí)鏈接

        海市蜃樓形成條件及特點(diǎn)

        形成條件:

        1.大氣很穩(wěn)定,風(fēng)力較小;

        2.大氣有強(qiáng)烈的逆溫層;

        3.大氣密度有明顯的變化。

        特點(diǎn):

        海市蜃樓有兩大特點(diǎn):一是在同一地點(diǎn)重復(fù)出現(xiàn),比如美國的阿拉斯加上空經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)蜃景;二是出現(xiàn)的時(shí)間一致,比如中國蓬萊的蜃景大多出現(xiàn)于每年的5、6月份,俄羅斯齊姆良斯克附近蜃景往往是在春天出現(xiàn),而美國阿拉斯加的蜃景一般是在6月20日以后的20天內(nèi)出現(xiàn)。

        海市蜃樓DIY

        在一間不通風(fēng)的屋子里,首先把一塊長1.5米、寬20厘米的平滑鐵片橫放在幾根用鐵管(或木棍)做成的小柱子上,再在鐵片上撒上薄薄一層沙,做成沙漠型的表面。其次,用深色的紙剪成樹和駱駝,貼在一塊毛玻璃(乳白色玻璃)上,然后把毛玻璃放在鐵片的一端,和鐵片垂直,使樹和駱駝露在沙層上面。第三,在毛玻璃后下方,用一只手電筒向上照射,從鐵片的另一端看去,就好像樹木和駱駝后面襯托著明亮天空一樣。接著,在鐵片下面放三只小的煤球爐進(jìn)行加熱(或用一只長型的炭盆,有條件時(shí)用長型的電爐加熱最為理想)。注意,加熱時(shí),要使鐵片受熱均勻,特別是靠近毛玻璃一端2/3的地方。

        當(dāng)加熱一段時(shí)間以后,用手靠近沙面,感到很熱時(shí),開始沿薄鐵片往毛玻璃方向觀察。這時(shí)你會(huì)發(fā)現(xiàn)沙面下方出現(xiàn)樹木和駱駝的倒影,就好像樹木和駱駝旁邊有湖水時(shí)所形成的倒影一樣。這種現(xiàn)象就是“海市蜃樓”。

        延伸閱讀

        海市蜃樓與海滋的分辨

        海滋是類似海市蜃樓的一種光學(xué)現(xiàn)象。在春夏、夏秋之交,海水與水面的空氣層易出現(xiàn)較大溫差,光線通過密度不同的大氣層便會(huì)發(fā)生折射,導(dǎo)致海上島嶼、船只等景物產(chǎn)生變形并“脫離”海面。

        海市蜃樓與海滋的區(qū)別在于一遠(yuǎn)一近,一虛一實(shí)。在沙漠上空或東海海面上空出現(xiàn)萬里以外的城市的景色,就是海市蜃樓;而在海島上面重現(xiàn)本島之景,則是海滋。海市蜃樓奇景多但稍縱即逝,海滋景觀存在時(shí)間則較長。

        液氮:仙氣飄飄 辣手摧花

        “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。”詩詞中對(duì)于海市蜃樓這一自然現(xiàn)象的描寫,總是免不了與天宮仙子、虛無縹緲這些詞建立起聯(lián)系。而隨著科技水平的不斷發(fā)展,我們不僅能很好地解釋清楚海市蜃樓的成因,更能通過特殊的手段模擬出仙界云霧繚繞、美輪美奐的醉人景色。這就少不了液氮這位神奇的小幫手。

        利用這神奇有趣的液氮,我們可以進(jìn)行很多有趣的實(shí)驗(yàn),比如辣手摧花。將新鮮的玫瑰花輕輕放入彌漫著白霧的液氮之中,你便能聽到“滋滋”的聲響。片刻之后拿起,盡管玫瑰花外觀上沒有什么變化,但它似乎已變得堅(jiān)硬無比了。我們接著戴上手套,用手輕捏這“被冰封的美麗”,或是拿著它往桌上敲打,可憐的玫瑰花瞬間就成為了碎花塊,散落各處。望著這如同海市蜃樓般一碰就碎、虛而不實(shí)的玫瑰花瓣,你是否了解這其中的奧秘呢?原來,溫度極低的液氮可以瞬間冰凍住玫瑰花,使得它雖然維持住了新鮮自然的原始形態(tài),但卻因?yàn)榧彼俚谋鶅鲞^程而變得十分“脆”,失去了新鮮花瓣的韌性,因而承受不住強(qiáng)力的沖擊,看來這種“永恒的美麗”也是有代價(jià)的呀!

        (責(zé)任編輯 / 岳萌?? 美術(shù)編輯 / 張志浩)

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