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海市蜃楼是一种令人惊叹的自然光学现象。当我们在沙漠或炎热的公路上看到远处似乎有水面倒影时，这就是海市蜃楼。它的形成原理是光线在不同密度的空气层中传播时发生折射，从而产生虚像。
要理解海市蜃楼的形成，首先需要了解空气密度与温度的关系。温度越高，空气分子运动越剧烈，空气密度就越小。相反，温度越低，空气密度就越大。当地面被强烈加热时，就会形成明显的温度梯度，靠近地面的空气温度高密度小，而上层空气温度低密度大。
当光线穿过密度不同的空气层时，会发生折射现象。根据斯涅尔定律，光线从密度大的冷空气层进入密度小的热空气层时，会偏离法线向上弯曲。由于空气层的密度是连续变化的，光线会发生连续的折射，形成一条弯曲的光路。
虚像的形成是海市蜃楼现象的关键。当弯曲的光线进入观察者的眼睛时，由于人眼习惯认为光线是沿直线传播的，大脑会沿着光线进入眼睛时的方向反向追溯光源位置。这样，观察者就会在实际物体的下方看到一个虚像，就像物体在水中的倒影一样。
海市蜃楼主要分为两种类型。下现蜃楼常见于沙漠和炎热的路面，虚像出现在实物下方，看起来像水中倒影。上现蜃楼常见于海面和湖面，虚像出现在实物上方。海市蜃楼现象不仅是美丽的自然奇观，也为我们研究大气物理和光学原理提供了重要的实例，帮助我们更好地理解光的传播规律。