大自然的光学现象是千姿百态、变幻无穷的，有时令人捉摸不透。以下让我们来领略几种奇妙的光学现象吧。
1.大戈壁做鬼脸—海市蜃楼
（1）光学幻境—海市蜃楼
人们在平静无风的海面上航行或者在海边瞭望，有时会看到空中映现出远方船舶、岛屿或城廓楼台的影像。或是在沙漠旅行的人，突然发现在遥远的沙漠里有一片湖水，湖畔树影摇曳，令人为之心动和向往。可是当大风一起，这种景象便会突然消失了，原来，这只是一种幻境，古人认为它是蛟龙之属的蜃，吐气而成楼台城廓，因此得名“海市蜃楼”。
“海市蜃楼”简称“蜃景”，它不仅在海上、沙漠中产生，偶尔在柏油马路上也会看到。光线沿直线传播，通过密度不同的气层，发生折射，造成这一现象。
蜃景的种类有很多，人们拿它出现的位置和原物的方位相比，把它分为上蜃、下蜃和侧蜃三种；根据颜色的不同，分为彩色蜃景和非彩色蜃景；也可根据它与原物的对称关系，分为正蜃、侧蜃、顺蜃和反蜃四种。
蜃景有两个特点：
（1）同一地点重复出现。如美国阿拉斯加上空经常出现的蜃景。
（2）蜃景出现的时间一致。如俄罗斯齐姆连斯克附近的蜃景往往在春天出现。
一般来说，“海市蜃楼”的发生与特定时间的气象特点、地理位置、物理条件有密切关系。气温的反常分布是大多数蜃景形成的气象条件。
现代科学研究已经证明，“海市蜃楼”是一种光学幻景，它是由地球上物体反射的光经过大气折射而形成的虚像。从物理学的角度来看，不同的空气层有不同的密度，而光在不同密度的空气中又有着不同的折射率，也就是说，“蜃景”之所以产生，是因为光的折射现象，是光穿越不同密度的空气层中发生折射而产生的。
（2）海市蜃楼的形成
“海市蜃楼”是一种非常科学而有趣的现象，但是，为什么会产生这种现象呢？要解释这个问题，则需要先从光的折射谈起。
光线在同一密度的均匀介质中传播，其速度不会发生变化，并以直线的方向前进。但是，若光线倾斜地由一种介质进入另一密度不同的介质中，它的光速就会发生变化，且沿直线传播的方向也会发生曲折，我们把这一现象叫做光的折射。
实际上，空气本身并不是一个均匀的介质。一般情况下，其密度与高度成反比关系，空气密度会随着高度的增大而递减，即高度越高，密度越小，反之，则密度越大。因此，当光线穿过不同高度的空气层时，就会发生光的折射现象。在日常生活中，折射经常发生，人们都已经习惯了这种现象，所以并不觉得有什么异样。可是，若气温在垂直变化的空气层中反常分布，与通常不同的折射和全反射现象就会发生，产生“海市蜃楼”的现象。一般来讲，由于空气密度反常的具体情况不同，因此“海市蜃楼”出现的形式也不同。
（3）哪里最容易看见海市蜃楼？
根据资料显示，长岛是我国海市蜃楼出现最频繁的地方，尤以七八月间的雨后出现最多。
长岛，又名长山列岛，位于山东半岛与辽东半岛之间，黄海、渤海的交会处，历史上人们称它为庙岛群岛。它是山东省唯一的海岛县，隶属烟台市，由32个岛屿组成，岛上陆地面积56平方公里。它的海域面积8700平方公里，海岸线长146公里，县城坐落于南长山岛。
长岛冬暖夏凉，年平均气温11.9℃，无霜期243天，属于亚洲东部季风区大陆性气候。它的森林覆盖率达53.2%。由于其独特的地理位置和优越的自然条件，每年途经此地的候鸟有200余种，百万只之多，为候鸟迁徙的必经之地。长岛是名副其实的候鸟“驿站”，已经被列为国家级自然保护区。
2.梦幻之光—彩虹
（1）七色彩带—彩虹简介
从物理学的角度来讲，彩虹是气象中的一种光学现象。阳光射到空气中的水滴里发生光的反射和折射现象后，在天空上形成七彩光谱。彩虹的七种颜色从外而内分别为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
通常，由于不同波长光的折射率不相同，所以，蓝光的折射角度比红光大。同时，又因为水对光有色散作用，光在水滴内被反射，因此，我们所看到的彩虹光谱是倒过来的，即红光在最上方，其他颜色依次位于下方。它经常出现在一天中的下午，或雨后刚转天晴时，这是因为这时的空气内，尘埃少而且充满小水滴。一般来说，只要空气中有水滴，且阳光正在观察者的背后以低角度照射，就可以产生彩虹现象。
瀑布附近是一个经常可以看见彩虹的地方。如果在晴朗的天气下，背对着阳光在空中洒水或喷洒水雾，也可以制造人工彩虹。
彩虹的色彩鲜艳程度和宽窄取决于空气里水滴的大小。一般来说，空气中的水滴大，虹就越鲜艳，较窄；反之，空气中的水滴越小，彩虹的颜色就轻淡且较宽。通常，早晨的彩虹出现在西方，而黄昏的彩虹出现在东方，因为只有背着太阳的时候，人们才能看到彩虹。
2.梦幻之光—彩虹
（1）七色彩带—彩虹简介
从物理学的角度来讲，彩虹是气象中的一种光学现象。阳光射到空气中的水滴里发生光的反射和折射现象后，在天空上形成七彩光谱。彩虹的七种颜色从外而内分别为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
通常，由于不同波长光的折射率不相同，所以，蓝光的折射角度比红光大。同时，又因为水对光有色散作用，光在水滴内被反射，因此，我们所看到的彩虹光谱是倒过来的，即红光在最上方，其他颜色依次位于下方。它经常出现在一天中的下午，或雨后刚转天晴时，这是因为这时的空气内，尘埃少而且充满小水滴。一般来说，只要空气中有水滴，且阳光正在观察者的背后以低角度照射，就可以产生彩虹现象。
瀑布附近是一个经常可以看见彩虹的地方。如果在晴朗的天气下，背对着阳光在空中洒水或喷洒水雾，也可以制造人工彩虹。
彩虹的色彩鲜艳程度和宽窄取决于空气里水滴的大小。一般来说，空气中的水滴大，虹就越鲜艳，较窄；反之，空气中的水滴越小，彩虹的颜色就轻淡且较宽。通常，早晨的彩虹出现在西方，而黄昏的彩虹出现在东方，因为只有背着太阳的时候，人们才能看到彩虹。
晚虹是一种罕见的现象，它只有在月光强烈的晚上才有可能出现，但是，由于人的视觉在晚间低光线的情况下难以分辩颜色，因此，晚虹看起来好像是全白色。
冬天的时候，一般不会出现彩虹，这是因为冬天的空气中，不容易存在小水滴，下阵雨的机会也很少。
（2）为什么彩虹总是弯曲的？
事实上，如果条件具备的话，可以看到整圈圆形的彩虹。那么，为什么我们看到的彩虹又总是弯曲的呢？
原因一：光的波长决定光的弯曲程度。
彩虹是由于太阳光照射到空气中的水滴上，经过折射→反射→折射的过程，然后再射向人的眼睛而形成的。通常，不同颜色的太阳光束，经过折射→反射→折射过程，形成的彩虹光束与原来光束的偏折角约为138度，也就是说，若太阳光与地面持平，则我们观看彩虹的仰角约为42度。
通常，一道光束碰到了水滴时，除了光可能直接穿透水滴外，光还可能碰到水滴的前缘，在其进入时，水滴内部产生弯曲，接着，从水滴后端反射回来，再从水滴的前端离开，往我们这里折射出来。这就是所形成的彩虹的光。
一般来讲，彩虹的弯曲程度，取决于光的波长即颜色。在七色光谱中，紫色光弯曲度最少，红色光的弯曲度最大，橙色光与黄色光次于红色光的弯曲度。彩虹的每一种颜色在天空中出现的位置是不同的，因为每种颜色的弯曲角度是特定的，红色光的折射角度是42度，蓝色光的折射角度是40度。
原因二：与地球的形状有很大的关系。
彩虹为什么是弧形的呢？这与其形成的过程有着不可分割的关系，同时，也与地球的形状有很大的关系。地球被厚厚的一层大气所覆盖，因此，在雨后空气中，水分的含量比平时高，阳光射入到空气的水滴上产生折射现象。同时，由于地球是一个曲面，地球表面的大气层为弧形曲面，于是就有了人们所看到的弧形彩虹。
3.光色精灵—极光
自然的规律在哪里？在半夜时升起了晨曦，这不是太阳设置的宝座，也不是冰封的海洋，而是闪动的火焰。啊！冰冷的火笼罩着我们。啊！虽说是夜里，白天却来到了人间。是什么令明亮的射线在黑夜中抖动，又是什么在天空中触发了颀长的火？如同没有雷暴云的闪电，从地面向高空攀登。它究竟怎样成为凝结的蒸气，仲冬时节变成了喷涌的火？
（1）多变的极光
上面这首诗是俄国著名的唯物主义哲学家和自然科学家罗蒙诺索夫写来赞叹极光之美的，从中可以看出作者对极光无比喜爱的感情。那么，极光到底是什么，竟然让作者如此地为之心动？
在地球南北两极的高空上，夜间常常会出现美丽的光辉。它忽暗忽明，轻轻地在空中飘荡，同时，并发出红色、绿色、蓝色、紫色的光芒。人们常把这种壮丽动人的景象称之为“极光”。
极光形状不一，有很多种，且绮丽无比，五彩缤纷，是一种在严寒的北极天空中变幻莫测、嬉戏无常的炫目之光。时而在苍穹之中辉映几个小时，时而出现时间极短，犹如焰火在空中闪现一下便消失得无影无踪；时而像一条彩带，时而像一张五颜六色的巨大银幕，时而又像一团火焰；有的色彩纷纭，有的犹如棉絮，仅呈银白；有的掩住了星星和月亮的光辉，异常明亮，有的又十分清淡，如一束青丝；有的结构单一，有的上下飞舞，犹如彩绸或缎带；有的随风飘动，软如纱巾；有时极光出现在地平线上，如晨光的曙色；有时一片火红，如山茶吐艳；当极光密聚在一起时，犹如窗帘幔帐，如果它射出许多光束，又如蝶翼飞舞，孔雀开屏。
（2）极光产生的原因
许多世纪以来，极光一直是人们猜测和探索的天文现象，不过，随着人类社会的科学进步，极光的奥秘也越来越为人们所知。
其实，美丽的极光原来是太阳与大气层合作表演出来的作品。“太阳风”是太阳所释放的诸多形式的能量中的一种，是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流，是太阳喷射出来的带电粒子。它在地球上空环绕地球流动，以大约每秒400公里的速度撞击着地球的磁场（地球磁场形状犹如一个漏斗，其尖端对着地球的南北两个磁极）。当太阳发出的带电粒子沿着地磁场这个“漏斗”进入地球的两极地区时，则两极的高层大气，就会受到太阳风的轰击并发出光芒，从而便形成了极光。我们把在南极地区形成的叫南极光，北极地区形成的叫北极光。
目前，全世界的科学家正在对极光作深入地研究。通常，我们所看到的极光，主要是因为带电粒子流中的电子造成的，沉降粒子的能量和数量决定着极光的颜色和强度。可以说，“极光的活动就像磁层活动的实况电视画面”，科学家们可从这个天然的大电视中得到磁层以及日地空间电磁活动的大量信息。
极光是一种常常出现于纬度靠近地磁极地区上空的彩色发光现象，可呈不同的带状、幕状、弧状及放射状，这些形状有时作连续性变化，有时稳定。极光常常见于高磁纬地区，在大约离磁极25～30度的这个区域，常常出现极光，是地球的“极光区”。我们把地磁纬度低于45度的区域称为微极光区。
大约早在2000多年前，我国就开始观测极光，在史籍中，有着丰富的极光记录。
4.空中彩环—晕
当天空中有冰晶组成的薄的卷云或卷层云时，日、月的周围会出现一些以日月为中心的彩色光环和圆弧。我们把这种彩色的光环和圆弧称为“晕”，其色彩排列顺序是内红外紫。晕的成因是日月光通过云中冰晶折射或反射后再到达人的眼睛而形成的，它的形状也十分复杂，这是由于冰晶的形状、分布、光线通过冰晶时的路径各不相同造成的。人们把日晕或月晕统称为“晕”。事实上，大气中冰晶的取向是随机分布的。当日月光倾斜穿过云层时，总会在某些冰晶中发生折射现象，等到天空中冰晶的数量足够多时，就会出现以日月为中心的晕环。同时，又因为冰晶取向也极不稳定，在整个天空分布不均匀，因而造成的晕环有时不完整，人们只能看到一些弧形光带。
有时日月光经过冰晶反射后进入人眼，也可能会形成白色的晕。天空中有多种多样的“晕”，因为冰晶的取向多样，折射和反射的过程也极为复杂，因此形成各种各样的晕。晕一般与锋面云系相联系，出现在卷云和卷层云中，民间有“日晕三更雨，月晕午时风”的谚语。气象科学实践表明，当天气由晴转阴雨时，人们首先会看到卷层云，之后天空中便会出现能产生降雨的中低云。若中低云不移入的话，则不会产生降水；中低云发展移入快，降水就来得快；发展移入慢，降水就来得迟。
5.魅惑的云朵—夜光云
夜光云距离地面的高度约为80千米左右，是一种形成于中间层的云，它可以说是一种极为罕见的云。一般来说，它只在高纬度地区（如南北纬50-65度地区）的夏季才能看见。
与卷云相比，夜光云颜色为银白色或蓝色，要比卷云薄得多。它通常在日落后太阳与地平线夹角为6～15度之间的时候出现。这是因为，如果时间太早的话，会因卷层云太薄而看不见，如太迟卷层云则会落到地球的阴影之中去。
对于夜光云的成因，目前科学界还有争议。“夜光云主要是由极细的冰晶构成的”是主流理论观点，不过，这个经验理论只在对流层成立。
实际上，在整个极地地区的夏天，太空卫星能够观察到大片的中间层云团，但一般只能在夏季的某些高纬度地区被观察到，因为纬度太高地区的夏季可能经常处于极昼。因此，夜光云是不易被发现的。
6.虚幻烈日—“假日”
围困的马德堡城上空，出现了三个太阳，城内的人看到这一现象非常惊恐和害怕，以为世界末日就要来临。但出乎意料的是，敌军马上撤退了。原来，敌军久攻不下马德堡城，又看到了“三日凌空”的现象，以为是上帝不让他们攻打此城。因此，这一“奇迹般的景象”挽救了马德堡全城人的性命。
其实，上述三个太阳同时出现的现象，是一种“假日”现象。一般来说，“三日凌空”是一种极为罕见的现象，又加上古代的科学不发达，因而古人往往把它看成是灾祸的预兆。事实上，这是一种光学现象，即一种特殊的“日晕”。通常，在南北极地区，寒冷而又洁净的天空里，有时会出现一串假日，排列在太阳周围的日晕弧线上，场面极为壮观。
那么，“假日”到底是怎样形成的呢？
原来，在天空出现的半透明的薄云里面，有许多垂直地悬浮着的细小的正六角形冰柱，偶尔当它们整整齐齐地垂直排列在空中的时候，就会发生非常规律的折射现象。这时，光线会从冰柱的一个侧面射入，又从另外的两个侧面射出，同时发生光的折射和反射现象。之后这三条光线同时射到人的眼睛中，其中，中间的那条太阳光线，是由位于中间位置的太阳（真正的太阳）直接射来的，旁边的两条光线，是太阳光经过六角形晶柱折射而来的，实际上是太阳的虚像，人们把这种虚像称作“假日”。
7.魔法金光—“佛光”
佛光又称为峨眉宝光，它由外到里按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的顺序依次排列，看上去像一个七彩光环。通常，它的色彩并不明显，但其光环却分明可见。
实际上，“佛光”是光的一种自然现象，它是由阳光照在云雾表面发生衍射和漫反射现象而形成的。太阳光、云雾和特殊的地形是它产生的必备条件，一般发生在白天。“佛光”的产生需要太阳、云雾与人体同时处在一条倾斜的直线上。在相同的条件下，观看者若是处在一个孤立的制高点上观看的话，则“佛光”出现的次数要多些。
“佛光”出现时间的长短，通常与“云雾是否稳定”和阳光“是否被云雾遮盖”有关。若是出现云雾流动或浮云蔽日的话，“佛光”就会消失。通常它出现的时间为半个小时至一个小时左右。云雾的流动，会使佛光位置发生改变，同时，阳光的强弱，也会使“佛光”时有时无。其七彩光环的大小同水滴雾珠的大小成反比关系，即水滴越小，环越大；反之，则环越小。
总的来说，只有在极少数具备了阳光、云海和地形等自然因素条件下的地方才可以欣赏到“佛光”，这是一种非常特殊的自然物理现象。如我国峨嵋山的舍身岩就是一个得天独厚的观赏场所。
随着科学技术的发展和人们对佛光的了解，登峨眉山、黄山、泰山等地观看佛光，已经不再是神灵福佑的象征，它是一种大自然的赐予，是人们从自然界中获得美的一种享受，就像登山观看日出一样。
