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光学现象 来自维基百科，自由的百科全书
海市蜃樓（又稱「蜃氣樓」、「蜃樓」、「蜃景」、「蜃氣樓台」、「海市」等）是自然發生的光學現象，是指光線因偏折而在遙遠的距離或天空中生成虛像。在大氣科學中稱為蜃景[1]。古人認為是蜃吐出的氣息。
英文為mirage。這個字源自拉丁文的mirare，再經由法文的mirage而來，意思是「看見的奇景」，也就是海市蜃樓。這與「mirror」（鏡子）和「to admire」（欣賞）有著相同的字根。
相對於幻覺，海市蜃樓是一種真實的光學現象，由於觀測到的位置是由實際光線折射形成的虛像，它可以用照相機來捕捉影像。然而，會出現甚麼樣的影像全由人類心靈解釋的能力來確定。例如，在地面的上蜃景非常容易被誤認為來自一小片水窪的反射。
蜃景可以分類為「下蜃景」（意思是低）、「上蜃景」（意思是高，即「複雜蜃景」），一種包含一系列異常複雜，垂直堆疊影像，形成快速變化蜃景的上蜃景。
冷空氣的密度比暖空氣大，因此有較大的折射率。當光線由冷空氣進入有著明確邊界的暖空氣，光線會彎曲偏離溫度梯度的方向；當光線由暖空氣進入冷空氣，它們會偏向接近梯度的方向。如果接近地面的空氣比更上面的溫暖，光線會彎曲成朝上呈現凹線的軌跡。
一旦光線抵達觀測者的眼睛，視覺皮層將解釋成它是沿著「視線」筆直的前進，然而這條線只是它抵達人眼處弧線的切線方向。結果是天空上的下蜃景似乎是在地面上。觀測者可能會錯誤的解釋這些景象是水反射至空中的，對大腦而言，這是較為合理和常發生的。
在地面的空氣比上層微冷的狀況，光線會被偏折朝下，產生「上蜃景」。
「寧靜」狀態的地球大氣層垂直梯度大約是高度每升高100米，溫度變化-1℃ (數值是負的是因為溫度隨高度增加而降低)。發生蜃景的溫度梯度必須比這個大許多。依據M. Minnaert[2]，這個溫度梯度的量級至少是每米2℃，而要達到每米4℃或5℃才會出現明顯的蜃景。這些條件常出現在被強力加熱的地面，例如，當太陽一直照耀著砂或瀝青，通常就會生成下蜃景的景象。
前述的模型解釋了下蜃景的成因，之所以稱為「下」是因為看見的影像是在實際物體下方的緣故。真實的物體是藍天或在這一方向的遠方物體，意思是說我們看見的物體實際上是在遠方地面被藍色補綴的。對在沙漠中筋疲力竭的旅行者，它看起來像是湖水；在柏油路的道路上，它看似滿溢的水或甚至是油。這被稱為「沙漠蜃景」或「高速路蜃景」。請注意，在陽光的曝曬下砂和柏油都會變得很熱，很容易就會比上方1米的空氣熱上10℃，而足以形成蜃景。
來自遠方特定距離物體的光線全都穿越幾乎相同的空氣層，並且全部都有相同的偏折量。因此來自物體頂端的光線將比那些來自底部的光線更低，所以這些蜃景經常是倒立的，天空增強了影像的錯覺，使得遠方物體的影象很像經過擾動的水或油坑表面作用的鏡像。
下蜃景的影象是不穩定的。熱空氣上升和冷空氣（因為密度較高）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。
路面上的「水」實際上是藍天的鏡像，猶如岸上的風景在湖面的倒影，是光線反射形成的。在無風、炎熱天氣，路面上方會形成一個大約20厘米高的稀薄的熱空氣層，與其上方的冷空氣交界處形成了一個反射界面，可以反射傾斜入射的陽光。
複雜蜃景，名稱來自於義大利的Morgan le Fay，神話中與亞瑟王是異母姊妹的仙女，是非常複雜的上蜃景。他會更替的出現被壓縮或伸展、倒置和抬升的影像[3]。複雜蜃景也是一種快速變化的蜃景。
複雜蜃景幾乎可以在任何區域中觀察到，但是最常見的是在極地，特別是有著一致低溫的大片冰層。在極地的複雜蜃景現象都在相對較冷的天氣被觀察到，然而在沙漠、海洋、和湖泊，可以在熱天觀察到。要生成複雜蜃景，逆溫層須要對光線造成強大的偏折，在逆溫層內的偏折必須大於地球表面的曲率[3]。
天體的海市蜃樓是在自然界發生的一些光學現象，光線被天體偏折而產生扭曲或多重影像。蜃景可能在這些天體上被觀測到，像是太陽、月球、行星、明亮的恆星和非常亮的彗星。最常被觀測到的是日出和日落 蜃景。
《史記‧封禪書》：「自威、宣、燕昭，使人入海求蓬萊、方丈、瀛洲。此三神山者，其傳在勃海中，去人不遠，患且至，則船風引而去。蓋嘗有至者，諸仙人及不死之藥在焉，其物禽獸盡白，而黃金白銀為宮闕。未至，望之如雲；及到，三神山反居水下；臨之，風輒引去，終莫能至。」
宋朝沈括在《夢溪筆談》中這樣寫道：「登州海中，時有雲氣，如宮室、臺觀、城堞、人物、車馬、冠蓋，歷歷可見，謂之『海市』。或曰『蛟蜃之氣所為』[7]，疑不然也。歐陽文忠曾出使河朔，過高唐縣，驛捨中夜有鬼神自空中過，車馬人畜之聲一一可辨，其說甚詳，此不具紀。問本處父老，云：『二十年前嘗晝過縣，亦歷歷見人物。』土人亦謂之『海市』，與登州所見大略相類也。」
明朝陸容《菽園雜記》：「蜃氣樓台之說，出天官書，其來遠矣。或以蜃為大蛤，月令所謂雉入大海為蜃是也。或以為蛇所化。海中此物固多有之。然海濱之地，未嘗見有樓台之狀。惟登州海市，世傳道之，疑以為蜃氣所致。蘇長公海市詩序謂其嘗出於春夏，歲晚不復見，公禱於海神之廟，明日見焉。是又以為可禱，則非蜃氣矣。」
天啟四年（1624）五月二十一日，袁可立在登州公署中看到了海市蜃樓：「睢陽袁可立為撫軍，時飲樓上。忽艨艟數十揚帆來，各立介士，甲光耀目，朱旗蔽天，相顧錯愕。急罷酒料理城守，而船將抵岸，忽然不見，乃知是海市。」。詩興大發，在蓬萊閣上留下名篇《觀海市詩》。
清劉獻廷《廣陽雜記》：「萊陽董樵云：登州海市，不止幻樓台殿閣之形，一日見戰艦百餘，旌仗森然，且有金鼓聲。頃之，脫入水。又雲，崇禎三年，樵赴登州，知府肖魚小試，適門吏報海市。蓋其俗，遇海市必擊鼓報官也。肖率諸童子往觀，見北門外長山忽穴其中，如城門然。水自內出，頃之上沸，斷山為二。自辰至午始復故。又雲，涉海者雲，嘗從海中望岸上，亦有樓觀人物，如岸上所見者。」
康熙十一年（1672年）四月蒲松齡與唐夢賚、高珩、張紱、等8人東遊嶗山恰好見到海市。蒲松齡受到啟發，寫了《嶗山道士》和《香玉》。唐夢賚在《志壑堂文集‧雜記》中記載：「壬子夏，遊嶗山，見海市。時同行者八人。初宿修真觀，曆上清、下清庵，登八仙墩，水盡山窮，連天一碧。再宿青石澗，觀日出。回至番轅嶺，微雨初晴，東望海際，一城在白雲中，堞數十仞，炮臺敵樓，歷歷可數。俄見一人青衣出，路南行，後一人肩挑雨具從之，向西望，若凝眸。吾輩諸同人方驚疑，雲去時未見此城，且遷海以後寧複存此島乎？詢之土人從同行者，乃曰：『此海市也，是為滄洲島。』一食頃，而埤堄漸低，青山露髻文，移時城山盡出，恍如夢寐矣。」
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