烈日炎炎,炙烤著戈壁大地,浩瀚的沙漠上,蒸騰著滾滾熱浪。天空沒有一絲雲彩,也沒有一點風。一支幹渴的駱駝隊艱難地行進著。突然,在遠處的地平線上,奇蹟般地出現了一片綠洲,綠洲內翠柳成陰,倒映在一個微波蕩漾的湖面上。這是一幅多麼迷人的景色呀!它驅散了遊人的疲勞,給人們帶來了希望。正當人們滿懷喜悅的心情向著綠洲奔去的時候,它又消失了。

  這種神祕的幻景也常常出現在海面上。在天氣晴朗、平靜無風的時候,有時會在海面上空浮現出一座城市,亭台樓閣完整地顯現在空中,來往的行人、車馬清晰可見,城市景色變化多端,然後逐漸模糊消失。這種神祕的模糊的幻景,人們稱爲“海市蜃樓”。這種奇妙的幻影究竟是怎樣產生的呢?

  我們知道,空氣的密度隨溫度的變化而變化,而空氣密度的變化又使它對光的折射率發生影響。在炎熱的夏天,沙漠上空的溫度逐漸降低,密度逐漸增大,而空氣的折射率也逐漸增大。在無風的時候,由於空氣的導熱性差,這種折射分布不均勻的狀態能持續一段時間。爲了說明沙漠綠洲的形成原因,設想將空氣從地平面算起分成若干個平行的折射率層,從下往上每層的折射率遞增。當日光照到一棵樹上,樹上反射的一條光線從上層(折射率高)射向下層(折射率低),根據光的折射定律,這條光線向折射率大的方向偏折。如果光線射到某一層,入射角大於臨界角時,它將產生全反射,再度向上偏折,最後射人人們的眼睛,就會感到它好像從一面“鏡子”上反射出來的一樣,這面鏡子就是最後反射光線的那層空氣。遠遠看去,就像是地平線上泛起的一灣湖水,地面上的景物倒映在湖水之中。當被太陽曬熱的大氣微微地顫動時,便使人感到湖面上水波蕩漾。這就是“沙漠綠洲”的形成原因。

  海面上出現海市蜃樓的理由與此相似。因爲靠近海面的溫度比較低,而上方的空氣溫度較高,與沙漠上空的溫度分布剛好相反,因此從實際景物反射出來的光線將向下彎曲,出現的幻景比實際景物高,看起來就像浮現在空中一樣。