如果朝着海市蜃楼用望远镜,能看到什么?

海市蜃楼可以用摄像机拍摄到,望远镜的成像原理和摄像头相似,所以用望远镜观看海市蜃楼,看到的只不过是稍微近一些;或者镜头拉过了直接看到海市蜃楼背后的景象。

海市蜃楼的原理很简单,就是类似镜子一样的全反射现象。地面上空的大气的热量主要来源于地面的热辐射,而地球表面的构成显然不一样,有海洋河流湖泊还有陆地,水和陆地岩石的比热不同,导致上空大气受到的热辐射的量不同,这导致上空大气分子分布的不是很均匀。初中物理就已经告诉我们,光在密度不同的介质中传播的速度和折射率是不同的,在不均匀的大气中,光线传阅时不断地被折射,最后在某个空气界面上发生全反射,由此导致物体的虚像在别的地方呈现。

根据海市蜃楼这样的成像原理去寻找海市蜃楼的远景无往不利,因为光在大气中穿行会不断地衰减,地面的自然光源也不是十分强烈,所以海市蜃楼的真实景物都在距离海市蜃楼发生地不远的地方,去年洪泽湖一代的海市蜃楼的原景就在几十里外被发现,下图是对照图。

海市蜃楼的原理即已清楚,搜寻原景就十分不必要,因为这类事件都是偶然随机地发生,对于景物当地并不会有持久的贡献,吸引不了游客,而搜寻原景毕竟是要耗费金钱和时间、物力,投入大产出小,所以很多人说海市蜃楼的原景找不到,主要是不稀罕去找。海市蜃楼是在某一个空气界面发生的全反射导致的,由于大气有流动性,所以海市蜃楼有时候看起来稍微有一点飘飘忽忽的感觉,也是因为周围大气密度的不均匀造成的现象。

而望远镜是凸透镜凹凸镜组合起来,是利用了光线折射的原理,将物体的物象在目镜中放大,望远镜的物镜相较于人眼可以收集更多的光线,因此呈现在人眼中的效果是远处的物体物象被放大,同时看到的细节更多一些,也是利用了光的传播原理。如果拿望远镜去观看海市蜃楼,而且镜头聚焦处调节的恰当,那么看到的还将是海市蜃楼,只不过也是相对能看到更多一些的细节,如果镜头拉过了则可能看到海市蜃楼背后的景物,不过效果可能像我们透过烟气看后边的物体一样,因为烟气(海市蜃楼)中大气的密度变化较多,看到的背后的景物也会有点飘忽;镜头再往前拉聚焦的就只能看到背后的景物了。

其实再往远了说,眼睛的成像原理也和望远镜相似,眼睛的角膜、晶状体都是对光有较高折射率的透明结构,将光线折射投射于黄斑周围,视觉细胞将光线的光能转化为电化学信号,传输到大脑形成视觉。在前边晶状体和角膜对光的折射中,和望远镜也是相抵的,眼睛能够看到海市蜃楼,望远镜也一样可以看到。

如果朝着海市蜃楼用望远镜,能看到什么?

在海边生活的人们,偶尔会观赏到海市蜃楼的壮观景象,在实景的上方,会“悬浮”着朦胧的图像,这些图像并非视线范围内能找到原型的,随着空气环境和大气流动的状态变化,这些景象也相应发生着改变,如梦如幻,甚是奇妙。有的朋友干脆用望远镜来观察这难得一见的景观,那么用望远镜来观察与肉眼有什么区别,会看到更多海市蜃楼的细节吗?

海市蜃楼的产生原理,说白了就是光的折射所形成的。大家都知道,光线在同一均匀介质中的传播,速度值不变、方向也不发生改变,如果光线在穿透两种不同密度的介质时,光线的传播速度以及传播方向都会发生相应地改变,这种光学现象就叫做折射。生活中常见的光折射现象有很多,比如将一根筷子插入盛有水的杯子中,由于水的密度要大于空气的密度,所以光线在从空气进入水的界面时,折射角会小于入射角,因此光线会向着法线的方向靠拢,从人眼看来,筷子好像弯曲了一样。

由于空气和其它常见的介质密度相差较大,所以当光线从空气进入其它介质或者从其它介质进入空气中,我们很容易观察到光的折射现象。而空气本身严格来说也不是均匀的介质,一般情况下会在重力的影响下,呈现越靠近地面密度越大、高度越高密度越小的现象,太阳光线从大气层的外围射向地球时,总会或多或少的产生一定的折射现象,只不过这种折射我们司空见惯,很少会发现这种折射带来的明显感观变化。

但是,凡事都有可能出现意外,空气也一样,当空气的温度在垂直或者水平方向上出现非常明显的异常时,就会产生与平常不太一样的光线折射和全反射现象,海市蜃楼就是基于这种原理而形成的,根据空气温度和密度在不同方向上的异常表现,我们可以将海市蜃楼分为以下几种情形:

第一种是上现蜃景,通常发生在夏季的海边区域。当由于空气的剧烈对流以及海洋冷流经过时,造成下层空气的温度较上层的温度明显偏低,从而下层空气密度明显比上层空气大,光线在穿过密度具有明显“上稀下密”特征的空气层时,其会产生类似于“水杯中筷子弯曲”的光学现象,进入人眼的景物反射光线(映像),实际上要比实物要高,而且是正立的像。而在实际的观察中,实物真实反射的光线并未被眼睛捕捉到,因此我们看到了映像在空中的海市蜃楼。

第二种是下现蜃景,通常发生在沙漠地带。在沙漠里,沙粒受到太阳强烈照射迅速升温,由于空气是热的不良导体,在空气对流较差的环境下,空气在垂直方向上“下热上冷”的现象非常明显,因此下层空气密度较小而上层空气密度较大。此时,当光线从上到下穿过这样的空气层时,也会产生显著的折射现象,而且折射角要大于入射角,在人眼看来,通过空气全反射进入人眼的光线所形成的映像,会比实物的实际高度要低,而且是一个倒立的像,这种现象就是下现蜃景。

第三种是侧现蜃景,通常发生在耸立的山体旁。其原理与下现蜃景相同,只不过是受到太阳暴晒的沙粒替换成了山体的垂直表面,这时候靠近山体表面的空气温度高、密度小,在山体垂直表面的附近,会因大气折射和全反射而进入人眼的光线,形成了在山体侧面所出现的实物映像。

所以,无论是以上哪种海市蜃楼表现形式,无怪乎都是因空气密度产生明显分异时,所形成的一种特殊的光学现象,而且它的出现,必须依赖于这种相对稳定的大气结构,即无风或者风力非常微弱的情况,如果起风使得空气的流动变得比较明显时,那么空气的垂直和水平方向上就会形成较为剧烈的搅动和混合,这种空气的密度差也会随之变得微弱,也就不会再形成海市蜃楼了。

望远镜的原理其实和摄像机、人眼差不了多少,只是借助于透镜的组合,将来自远处物体发出的光线,通过聚焦之后,呈现出一个放大且正立的虚像,在人眼看来物体有被拉近的感觉。基于这种原理,利用望远镜是可以看到远处的海市蜃楼的,而且还要比人眼直接看到的要大,细节也更为丰富,毕竟它拓展了人眼的观察范围和视物能力。但是,望远镜能够看清景物,一方面取决于焦距的选择,另一方面取决于目标物体所发生光线的强度。

由于望远镜的变焦能力有限,而且蜃景的距离也不是太远,因此我们通过望远镜观看,只是将蜃景放大了一点而已,如果继续调大焦距,一旦达到或者超过焦距范围,则只能看到一团烟气或者透过烟气看到蜃景背后的实物。而且,蜃景所处的空间区域,空气对流活动虽然较弱,但却是每时每刻都在发生着烟气的扰动,因此即使用望远镜看到的蜃景“虚像”,也是处于漂浮不定的状态,想用望远镜大幅度提高分辨率也是非常困难的。

海市蜃楼是光学现象,望远镜只是拉近物象,用望远镜看海市蜃楼要么感觉海市蜃楼更近;要么聚焦点拉过了直接看到海市蜃楼背后的景象,不过视野可能受海市蜃楼影响。

海市蜃楼的光学原理并不复杂,地球的大气受热不是很均匀,而物理学告诉我们光在不均匀的介质中传播时的折射角度、穿行速度有区别,受热不均匀的大气会导致光不断受折射,最终在某个界面发生全反射,将物象从另一个角度投射在天空中,就像照镜子一样,不同的是镜子因为对光反射率比较高,且是稳定的平面状态,因此镜子中的像稳定且清晰,而由于云层受热不均形成的海市蜃楼就有随着气团流动特征,显得更飘渺且不是很清楚。

(注意,这里是拍摄到的现象)

这一现象夏季的道路上经常出现,通常是远处道路上看起来像有一滩水,隐约也能从“水”中看到周围的一些标志物,但是走近之后发现那里并没有什么水,那通常被称为蜃景;人在沙漠中常因为这种蜃景导致偏离正确的路线,本来是想找水源,结果到了之后什么也没有,那将是致命的失误。

天空大气中发生这样的现象就是被称作海市蜃楼,名称来源于古代人对海市蜃楼的观察,有时候会将人类建筑的像投射在空中,就像仙人居所。现代人知道海市蜃楼的原理,已经可以在实验室重现海市蜃楼,也是利用密度不均匀的介质。只不过人类实力有限,不能影响和观测大范围气体的流动和受热现象,因此不能制造出户外那么大规模的海市蜃楼。

望远镜是根据凸透镜、凹透镜的排列,聚焦光线将远处的景色的像放大并成正立的像,于是产生了物体被拉近的感觉,本质上也是利用了光传播的远离。海市蜃楼既然是光全反射发生,在对着海市蜃楼的角度,如果比较远的话也还能看到海市蜃楼,也不过是放大了一些,就像用摄像机拍摄海市蜃楼一样,能拍到就能用望远镜看到,摄像机的镜头和望远镜是类似的;

但海市蜃楼毕竟是由于气体受热不均形成的,气体我们看不见,若望远镜镜头拉的太远,超出了海市蜃楼所在的范围,那看到的将会是海市蜃楼背后的景物,只不过气体的流动会导致光反射折射的差异,又可能在镜头中看到类似于夏季引擎盖周围的气流扰动现象,或者透过炊烟看后边的景物时景物像的飘动。

你的这个想法有趣。因为我们一般观察海市蜃楼,只用玉眼,用望远镜观察的不多,除了天文学家和天文爱好者之外。

海市蜃楼的出现,确实是一种奇特的海景,里面会不会有人或者其他东西,我猜想是没有的,里面除了水汽之外,可能别无他物。

海市蜃楼的形式有很多种,有的象城堡,有的象飞鸟,龙腾,奔马等等,这些形状的形成因素在那里,为什么会变化?都还需要去观察和探讨。

我们就从海市蜃楼的形成过程了讲起,想必也有很多人非常好奇海市蜃楼是怎么形成的。

由于海市蜃楼的特殊性,在古代的时候,大多数人都将它当作仙境,是仙人居住的地方在人间的偶尔显形。现在很多人由于受科幻小说的影响,还认为这是平行宇宙的投影。

▲ 美轮美奂的蜃景,使人遐想,有人知道这是哪吗?

不同时代背景下的不同想象,也着实有趣。但事实上,海市蜃楼既不是仙境,也不是平行宇宙投影,而是一种由大气折射形成的光学现象,类似刚出炉冒着蒸汽的蒸笼,或者高温炙烤下柏油路上面的扭曲的空气。

在沙漠或者海洋上,由于阳光的照射,使得空气上下层的折射率不一样,下层贴近地表热空气(湿空气)密度小而上层冷空气(干燥空气)的密度大,这样空气的折射率是下层小而上层大,从而形成折射现象,导致了原本在地平线下的建筑等出现在了空中。

▲ 海市蜃楼成因

了解了海市蜃楼的形成机理,我们就可以来分析下如果用望远镜看能不能看到了。

由于海市蜃楼是空气折射导致的,所有这必然是有分辨率的,不能像实体一样无限放大了去看,它就像梁静茹的歌里一样“全都是泡沫”。虽然有的条件下会形成非常清晰的蜃景,但终究只是虚幻的东西。

▲ 如果不说,你肯定不知道这是蜃景

如果你的望远镜倍数够低的话,此时可能看的清楚一点,这相当于你往海市蜃楼走近了一点,但是依旧不能完全的看清楚人和其他物体,倒是能够看到他们走路的场景。

如果你望远镜的倍数高的话,那么你将透过海市蜃楼,看到背后真实的景色。这就和你走的太近了看,海市蜃楼反而消失了一样。

一小块海市蜃楼

没看过。也许能看到另外空间的人和动物,也未可知。

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