Ảo ảnh trên mặt biển hình thành như thế nào?
Khi trời quanh mây tạnh, đi tàu trên biển hoặc đứng trên bờ biển nhìn ra xa ta thường thấy những cảnh tượng như thuyền bè, đảo, hoặc thành quách xuất hiện nơi chân trời xa xăm. Những người đi trên sa mạc cũng thường thấy nơi chân trời hiện lên mặt nước hồ, cây bên bờ hồ lắc lư làm cho người ta mong mỏi nhanh đến được chỗ đó. Nhưng khi có một trận gió nổi lên thì những cảnh tượng này bỗng nhiên mất hết. Nguyên do vì đó là ảo ảnh, thường gọi là ảo ảnh trên biển.
Vì sao lại xuất hiện hiện tượng này? Muốn trả lời, trước hết chúng ta phải bàn về hiện tượng chiếu xạ ánh sáng.
Khi chiếu ánh sáng vào môi chất có mật độ đồng đều thì tốc độ ánh sáng sẽ không thay đổi, nó sẽ chiếu thẳng về phía trước. Nhưng khi ánh sáng chiếu xiên từ môi chất này sang môi chất khác sẽ có mật độ khác nhau thì tốc độ ánh sáng sẽ phát sinh biến đổi, hướng chiếu sẽ phát sinh chiết xạ. Hiện tượng này gọi là chiết xạ (khúc xạ).
Khi bạn dùng một gậy thẳng chọc xuống nước, bạn có thể thấy phần gậy trong nước như bị gãy gập so với phần trên. Đó là vì hiện tượng ánh sáng chiết xạ gây nên. Có người đã dùng một trang bị như hình vẽ dưới đây khiến cho tia sáng từ mặt nước chiếu vào mặt giới hạn mặt nước chia làm hai bộ phận: một phần phản xạ vào trong nước, một phần chiết xạ vào trong không khí, khiến cho ánh sáng chỗ mặt nước nghiêng đi một ít, như vậy làm cho hiện tượng chiết xạ của ánh sáng trong không khí hiện ra càng rõ hơn. Khi hướng của ánh sáng ở mặt giới hạn lệch đi như hình vẽ thứ hai thì toàn bộ ánh sáng sẽ phản xạ vào nước, ánh sáng chiết xạ vào trong không khí không còn nữa. Hiện tượng này gọi là phản xạ toàn phần. Bản thân không khí không phải là một môi chất đồng đều. Nói chung mật độ của nó giảm xuống khi độ cao tăng lên, càng lên cao mật độ không khí càng giảm. Khi ánh sáng xuyên qua các tầng không khí ở những độ cao khác nhau thường xảy ra hiện tượng chiết xạ. Trong cuộc sống, vì chúng ta đã quen với hiện tượng chiết xạ này nên không cảm thấy có gì khác thường.
Nhưng khi nhiệt độ của không khí thay đổi theo chiều thẳng đứng sẽ dẫn đến mật độ không khí cũng thay đổi theo chiều thẳng đứng và sẽ gây ra sự chiết xạ và phản xạ toàn phần khác thường, điều đó dẫn đến hiện tượng ảo ảnh trên mặt biển. Vì tình hình mật độ không khí cụ thể khác nhau, nên hình thức xuất hiện ảo ảnh trên mặt biển cũng khác nhau.