【成語科學】海市蜃樓：「空中樓閣」和「沙漠綠洲」其實是不同的成像原理！

西元前 108 年，司馬遷成為史官，決定寫一部縱貫古今的史書。10 年後，他因故觸怒了漢武帝，遭到宮刑，羞憤之餘，更加努力，大約在西元前 91 年，也就是他 55 歲那年，完成了曠世巨著《史記》。

《史記》約 60 萬字，當時還沒有紙，是用竹簡寫的，這是多麼大的工程啊！《史記》的內容，由本紀、表、書、世家、列傳等 5 部份構成。本紀、世家和列傳，都是人物傳記。表是年表。書的內容較雜，「天官書」以記載天象為主，其中有段話，大意是說，海中有種巨蛤（蜃），牠吐出的氣，會化為樓台、宮殿等景象。成語「海市蜃樓」和「空中樓閣」，就是從這段話演變而來的。

古人早已意識到，海市蜃樓是虛幻的，人們便用來比喻虛幻的事物。讓我們造兩個句吧。

他的想法虛幻不實，宛如海市蜃樓，根本無法實現。

我們築夢吧，即使是海市蜃樓，空歡喜一場又有何妨。

話題回到《史記》天官書的那段話，海市蜃樓果真是海中巨蛤吐氣形成的嗎？當然不是，它是個光學現象，稱為蜃景。

沙漠綠洲

冷空氣的密度較大，折射率也較大。當地面空氣的溫度和高空空氣的溫度差異甚大，光線從暖空氣層進入冷空氣層產生折射，就會出現景物的倒影。在沙漠地區，白天地面曬得很熱，最容易產生這種現象。由於看到的是景物的倒影，所以稱為下蜃景。

「下蜃景」的成像原理。當大氣垂直方向的溫度差異很大，且「上冷下暖」時，由於冷空氣折射率較暖空氣大，光線由冷空氣進入暖空氣時會向冷空氣的方向偏折，最終光線會彎曲形成「凹向上」的軌跡（如圖中 b），大腦收到光線後，視覺皮層會將光線解讀成直線前進抵達眼睛（如圖中 c），產生地面上的倒影。圖／維基百科

在春天的莫哈維沙漠出現的「下蜃景」，路面上的「假水」，實際上是地面上方的「藍天」折射到地面的鏡像。圖／維基百科

許多沙漠探險的書中都說，探險家看到倒垂的樹影，還以為遠處有座湖泊呢！其實是下蜃景。夏季在空曠的高速公路上，常會看到遠處水汪汪一片，其實是折射到地面上的藍天，這是最常見的下蜃景。

空中樓閣

如果地面空氣較高空空氣的溫度低，會不會產生海市蜃樓現象？會的。海水的溫度較為恆定，即使夏日炎炎，也不容易曬熱。如果有冷水流過，水溫更低。下層空氣受到水溫的影響，有時溫度會比上層的空氣低，形成下冷上暖的反常現象。這時如因折射產生蜃景，會高出海面一些，所以稱為上蜃景。

上蜃景（左）與下蜃景（右）的成像原理比較。上蜃景中，空氣「上暖下冷」，由上方暖空氣層進入下方冷空氣層的光線，會往冷空氣側偏折，光線最終形成彎曲且「凹向下」的軌跡（如左圖 1）。光線進入眼睛後，被大腦解讀成直線前進，產生空中的成像（如左圖 2）。圖／wikimedia

在日本富山縣魚津市拍攝到的「上蜃景」，原本地平線下的景物，被折射到地平線上方。圖／維基百科

海市蜃樓和地理位置、氣象條件等多種因素有關。近海岸處的海市蜃樓，通常出現在平靜無風的夏季。就全中國來說，山東蓬萊可能是出現最多的地方。2008 年 6 月 14 日在蓬萊所拍的一張照片，海面上浮現出當地名勝蓬萊閣的蜃景。注意看，它是不是較海平面高出一些？

在山東省蓬萊市海面拍攝到的上蜃景。圖／維基百科

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