为什么阳光灿烂的日子路看起来是湿的?

Question

每当我在一个炎热的阳光灿烂的日子里在路上旅行，我向地平线望去，前面似乎有一个水坑，但当我接近它时，它消失了。为什么会发生这种情况?

Answer 1

这种光学错觉是由于表面附近的密度梯度导致可见光的折射，而且介质中的折射率取决于介质的密度。在大气密度梯度中，光会向密度增加的方向弯曲。当地面温度较低，随着高度升高而变暖时，这种效应会使光线向地面弯曲;当地面温度较高，随着高度降低而变冷时，这种效应会使光线向天空弯曲。这在路面上尤其强烈，路面比周围的地面要热得多。这会产生一种明显的热流，使路面上的空气变暖，并在路面附近产生异常的温度梯度。

靠近地面的这种强烈的温度梯度也是一个显著的密度梯度，当你透过它朝地平线看时，你实际上看到的是天空。通常会照亮路面的光子被密度梯度折射，并向你的眼睛弯曲。这只适用于由实际密度梯度决定的特定角度，这就是为什么海市蜃楼总是在一定距离出现。你从来没有真正靠近或远离“水”，你可能能够看到路面超出了幻觉。

下面是一张描述这种效果的图片:
_{图片由新南威尔士大学物理学院CC-BY授权}

这说明了近地表密度梯度的影响，在地面上密度低(温暖)，随着高度的增加(变得更冷)。从天空中经过道路附近的光子折射向观察者，你看到的是一个虚假的天空图像，这是一个劣质的海市蜃楼。其他的光子没有通过强密度梯度，也没有弯曲，你可以看到物体的真实位置。