沙漠中海市蜃樓的成因是光線在空氣中被折射,再加上全內(nèi)反射的結(jié)果.
如果要明白海市蜃樓的成因,首先要明白為甚麼光線在空氣中會被折射.原來,不同溫度的空氣有不同的折射率,就好像許多不同的介質(zhì)一樣.靠近地面的空氣較熱,折射率較低.我們可以把空氣想像為許多層的介質(zhì),而每一層的折射率都不同,越接近地面,折射率越低.
另一方面,我們也要知道甚麼是全內(nèi)反射.如果光線微微傾斜地從玻璃射進(jìn)空氣,一部分的光線會被反射回去,另一部分就會被折射,從玻璃中走出來.由於玻璃的折射率較空氣高,所以折射角總是大於入射角.當(dāng)入射角越來越大,被折射的光線便會越來貼近空氣與玻璃的界面,直至入射角大於臨界角度,光線便只會被反射,而不會折射出去.這個現(xiàn)像叫做全內(nèi)反射.
假設(shè)有個綠洲,它發(fā)出的光線被空氣折射,走一條彎彎的路徑.光線發(fā)生全內(nèi)發(fā)射,使光線往上走.之后,光線再次被空氣折射,最后光線會進(jìn)入觀測者的眼睛,使他形成錯覺,誤以為綠洲很接近他呢!很久以前,人類便發(fā)現(xiàn)了全內(nèi)反射,更把這個現(xiàn)象加以應(yīng)用,例如光纖、單鏡反光照相機(jī)和雙筒望遠(yuǎn)鏡都應(yīng)用了全內(nèi)反射的原理.