Ảo ảnh được hình thành như thế nào?

Thành phố Bồng Lai thuộc tỉnh Sơn Đông, Trung Quốc là một trong những thành phố du lịch nổi tiếng, rất xứng với tên gọi Bồng Lai tiên cảnh. Vào những ngày hè gió nhẹ, sóng lặng, đứng bên bờ biển phóng tầm mắt ra xa, đôi khi bạn có thể nhìn thấy ở nơi xa xuất hiện cảnh vật, dòng người qua lại, hình ảnh thành phố, những con thuyền, những ngọn núi xa... Những kỳ quan ấy chính là “ảo ảnh” mà mọi người thường nhắc tới. Cũng giống như người lữ khách đói khát đi giữa sa mạc, đôi khi ta có cảm giác như nhìn thấy một dòng sông hoặc hồ nước ở phía xa. Nhưng tất cả những hình ảnh đó chỉ là ảo ảnh. Vậy hiện tượng này được hình thành như thế nào?

Nguyên nhân gây ra ảo ảnh là do nhiệt dung của nước biển rất lớn. Dưới ánh nắng gay gắt của Mặt Trời, tầng không khí trên bề mặt biển có thể xuất hiện hiện tượng trên nóng dưới lạnh, khiến mật độ không khí ở tầng cao nhỏ hơn, còn mật độ không khí ở tầng thấp lớn hơn. Vào những ngày hè lặng gió, lớp không khí này có thể duy trì ổn định trong một thời gian tương đối dài.

Giả sử có một người đứng quan sát trên bờ biển, trên biển lúc đó có một chú chim nhỏ. Ánh sáng từ chú chim đi từ tầng không khí thấp có mật độ lớn lên tầng không khí phía trên có mật độ nhỏ hơn, nên tia sáng dần lệch khỏi pháp tuyến và đi theo đường cong lên phía trên. Khi tia sáng đạt tới một điểm nhất định, do góc tới lớn hơn góc giới hạn, hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra. Ánh sáng từ điểm này quay trở lại theo đường gấp khúc, đi từ tầng không khí phía trên có mật độ nhỏ xuống tầng không khí phía dưới có mật độ lớn. Tia sáng lại dần đi gần về phương pháp tuyến, rồi theo đường cong truyền vào mắt người quan sát. Ảnh của chú chim mà người đó nhìn thấy nằm theo phương tiếp tuyến của tia sáng đi vào mắt, nên vị trí của chú chim có vẻ cao hơn vị trí thật một chút. Đó chính là ảnh ảo.