海市蜃樓 Mirage
文/張芯瑀
《史記．卷二七．天官書》裡記載道「海旁蜄氣象樓臺；廣野氣成宮闕然。雲氣各象其山川人民所聚積。」延伸出了成語「海市蜃樓」，而唐．宋之問〈遊法華寺〉詩裡說道「高岫擬耆闍，真乘引妙車。空中結樓殿，意表出雲霞。」則延伸出「空中樓閣」。其實這兩個成語都是由於真實的光學現象，光線因偏折而在遙遠的距離或天空中生成虛像，稱之為「蜃景」。而產生蜃景的光學現象又有上下之分。
下蜃景
當大氣垂直方向的溫度差異很大，且「上冷下暖」時，冷空氣的密度較大，且折射率較暖空氣大，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（如圖一中路徑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（如圖一中路徑c），產生地面上的倒影。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。
圖一、下蜃景示意圖
不過下蜃景的影象是不穩定的。熱空氣上升和冷空氣下降，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。
上蜃景
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。當空氣「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（如圖二中路徑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（如圖二中路徑2），由於會高出海面一些，所以稱為上蜃景。
圖二、上蜃景示意圖