1．海市蜃樓
海市蜃樓
平靜的海麵、大江江麵、湖麵、雪原、沙漠或戈壁等地方，偶爾會在空中或“地下”出現高大樓台、城廓、樹木等幻景，稱海市蜃樓。我國山東蓬萊海麵上常出現這種幻景，古人歸因於蛟龍之屬的蜃，吐氣而成樓台城廓，因而得名。
我們來做個實驗：取一隻杯子，倒入大半杯水，放在太陽光下，再在杯中插入一根筷子。這是你看到水中的筷子和水麵上的筷子象折段一樣。這是光線折射造成的；光在同一密度的空氣中行進時，光的速度不變，始終以直線的方向前進；但當光傾斜地由空氣進入水的時候，水的密度變了，光的速度就會發生改變，並使前進的方向發生曲折。
發生在沙漠裏的“海市蜃樓”，就是太陽光遇到了不同密度的空氣而出現的折射現象。沙漠裏，白天沙石受太陽炙烤，沙層表麵的氣溫迅速升高。
由於空氣傳熱性能差，在無風時，沙漠上空的垂直氣溫差異非常顯著，下熱上冷，上層空氣密度高，下層空氣密度低。當太陽光從密度高的空氣層進入密度低的空氣層時，光的速度發生了改變，經過光的折射，便將遠處的綠洲呈現在人們眼前了。在海麵或江麵上，有時也會出現這種“海市蜃樓”的現象。
海市蜃樓的形成：海市蜃樓經常發生在沿海，在沙漠偶爾也可見到。人們可以看到房屋，人，山，森林等景物，並且可以運動，栩栩如生。有人認為是人間仙境。現在，人們把海市蜃樓說成是大氣折射的結果，把遠處的景物折射到近處來了。其實，這是現代科學解釋不了的一種自圓其說。
在三界之內，也有很多層物質空間。宗教中提到的九大層天，十八層地獄，如天人，鬼都是在不同空間。我們的人眼就看不到他們。
在我們的空間的人所能看到的光是在可見光範圍之內(400-700nm)。我們看到的物質是因為我們的眼睛可以接受其反射的可見光。在夜裏，物質發出的紅外線我們就接收不到。即使在可見光範圍之內，如果光過強或過弱，我們也不能看到。人眼是由我們這個空間的物質構成的，是由最大一層分子組成的最大一層粒子構成的，隻適合看到一定能量範圍的光。
如果是分子組成的稍微小於最大一層粒子的那層空間粒子的時候，人眼就看不到了，更不要說由分子組成的更小粒子的空間了。對人來講，這些物質反射的光是不可見光。但是，這個空間的生命卻能接收到這層空間物質反射的光，並能看到這層空間的物質，因為組成他們眼睛的分子顆粒和人眼分子顆粒不同。
海市蜃樓是另外空間的真實體現。在物質的運動下，反映到我們這個空間裏來了。一種海市蜃樓發生在海上。這裏空氣濕度大，在一定範圍之內的空間空氣濕度比較大，另外厚度比較大，這樣大麵積的水蒸汽在運動下陰差陽錯地就能形成一個巨大的透鏡係統。就象一個巨大的放大鏡和顯微鏡一樣，把微觀世界的另外空間的景象反映到我們的空間來了。人眼就能觀察到了。
另外，人們看到的海市蜃樓的景象有時是運動的，空間的物質就是運動的。在沙漠或其它地方，如果物質在運動下也能形成一個巨大的微觀觀測係統，人們就可以觀測到另外空間了，也就是人們所說的海市蜃樓。海市蜃樓也經常發生在雨後，這時的空氣濕度較大，也易形成透鏡係統。
當近地麵的氣溫劇烈變化，會引起大氣密度很大的差異，遠方的景物，在光線傳播時發生異常折射和全反射，從而造成蜃景。我國山東蓬萊縣，常可見到渤海的廟島群島幻景，素有“海市蜃樓”之稱。
海市蜃樓是近地麵層氣溫變化大，空氣密度隨高度強烈變化，光線在鉛直方向密度不同的氣層中，經過折射進入觀測者眼簾造成的結果。常分為上現、下現和側現海市蜃樓。其實，宇航員在太空旅行過程中看到被放大的地球景物，這種現象有時也被稱為海市蜃樓！
2．日食
日食
日食是月球繞地球轉到太陽和地球中間時，如果太陽、月球、地球三者正好排成或接近一條直線，月球擋住了射到地球上去的太陽光，月球身後的黑影正好落到地球上，這時發生日食現象。在地球上月影裏的人們開始看到陽光逐漸減弱，太陽麵被圓的黑影遮住，天色轉暗，全部遮住時，天空中可以看到最亮的恒星和行星，幾分鍾後，從月球黑影邊緣逐漸露出陽光，開始生光、複圓。由於月球比地球小，隻有在月影中的人們才能看到日食。月球把太陽全部擋住時發生日全食，遮住一部分時發生日偏食，遮住太陽中央部分發生日環食。發生日全食的延續時間不超過7分31秒。日環食的最長時間是12分24秒。我國有世界上最古老的日食記錄，公元前一千多年已有確切的日食記錄。
日食、月食是光在天體中沿直線傳播的典型例證。月亮運行到太陽和地球中間並不是每次都發生日食，發生日食需要滿足兩個條件。其一，日食總是發生在朔日（農曆初一）。也不是所有朔日必定發生日食，因為月球運行的軌道（白道）和太陽運行的軌道（黃道）並不在一個平麵上。白道平麵和黃道平麵有5°9′的夾角。如果在朔日，太陽和月球都移到白道和黃道的交點附近，太陽離交點處有一定的角度（日食限），就能發生日食，這是要滿足的第二個條件。
由於月球、地球運行的軌道都不是正圓，日、月同地球之間的距離時近時遠，所以太陽光被月球遮蔽形成的影子，在地球上可分成本影、偽本影（月球距地球較遠時形成的）和半影。觀測者處於本影範圍內可看到日全食；在偽本影範圍內可看到日環食；而在半影範圍內隻能看到日偏食。日全食發生時，根據月球圓麵同太陽圓麵的位置關係，可分成五種食象：
1．初虧。月球比太陽的視運動走得快。日食時月球追上太陽。月球東邊緣剛剛同太陽西邊緣相“接觸”時叫做初虧，是第一次“外切”，是日食的開始；
2．食既。初虧後大約一小時，月球的東邊緣和太陽的東邊緣相“內切”的時刻叫做食既，是日全食的開始，這時月球把整個太陽都遮住了；
3．食甚。是太陽被食最深的時刻，月球中心移到同太陽中心最近；
4．生光。月球西邊緣和太陽西邊緣相“內切”的時刻叫生光，是日全食的結束；從食既到生光一般隻有二三分鍾，最長不超過七分半鍾；
5．複圓。生光後大約一小時，月球西邊緣和太陽東邊緣相“接觸”時叫做複圓，從這時起月球完全“脫離”太陽，日食結束。
月球表麵有許多高山，月球邊緣是不整齊的。在食既或者生光到來的瞬間月球邊緣的山穀未能完全遮住太陽時，未遮住部分形成一個發光區，像一顆晶瑩的“鑽石”；周圍淡紅色的光圈構成鑽戒的“指環”，整體看來，很像一枚鑲嵌著璀璨寶石的鑽戒。有時形成許多特別明亮的光線或光點，好像在太陽周圍鑲嵌一串珍珠，稱作倍利珠（倍利是法國天文學家）。
無論是日偏食、日全食或日環食，時間都是很短的。在地球上能夠看到日食的地區也很有限，這是因為月球比較小，它的本影也比較小而短，因而本影在地球上掃過的範圍不廣，時間不長，由於月球本影的平均長度(373293公裏)小於月球與地球之間的平均距離(384400公裏)，就整個地球而方，日環食發生的次數多於日全食。
對古代人而言，日食是十分可怕的。如果你能了解太陽對糧食耕種、日常生活的影響，你就會關心天上的太陽為什麼突然不見了。中國古代認為日食是因為一條龍吞掉了太陽，其它的文明也認為這是不祥之兆，有許多“解決方法”：打鼓、朝天空射箭、拿物或人祭祀等。據傳，曾經有一次致命的日食報告錯誤。這是說公元前二世紀的兩個中國天文家由於一些原因沒報告日食。那時的中國帝王認為自己是天子，十分重視天象，認為那是上天給的暗示，因此他請了一批天文家定期觀測天象。那時彗星和流星不能被預言，但日食是可以預測的。兩位天文家沒有告訴帝王日食這一重大天象的發生，帝王盛怒，將兩人斬首示眾。那時的天文學家比現在危險得多。
3．月食
月食
古時候，人們不懂得月食發生的科學道理，像害怕日食一樣，對月食也心懷恐懼。外國有人傳說，16世紀初，哥倫布航海到了南美洲的牙買加，與當地的土著人發生了衝突。哥倫布和他的水手被困在一個牆角，斷糧斷水，情況十分危急。懂點天文知識的哥倫布知道這天晚上要發生月全食，就向土著人大喊，“再不拿食物來，就不給你們月光！”到了晚上，哥倫布的話應驗了，果然沒有了月光。土著人見狀誠惶誠恐，趕快和哥倫布化幹戈為玉帛。
月食是一種特殊的天文現像，指當月球運行至地球的陰影部分時，在月球和地球之間的地區會因為太陽光被地球所遮閉，就看到月球缺了一塊。
也就是說，此時的太陽、地球、月球恰好(或幾乎)在同一條直線，因此從太陽照射到月球的光線，會被地球所掩蓋。
以地球而言，當月食發生的時候，太陽和月球的方向會相差180度，所以月食必定發生在‘望’(即農曆15日前後)。要注意的是，由於太陽和月球在天空的軌道(稱為黃道和白道)並不在同一個平麵上，而是有約5度的交角，所以隻有太陽和月球分別位於黃道和白道的兩個交點附近，才有機會連成一條直線，產生月食。
月食的分類：月食可分為月偏食、月全食及半影月食三種。當月球隻有部分進入地球的本影時，就會出現月偏食；而當整個月球進入地球的本影之時，就會出現月全食。至於半影月食，是指月球隻是掠過地球的半影區，造成月麵亮度極輕微的減弱，很難用肉眼看出差別，因此不為人們所注意。
地球的直徑大約是月球的4倍，在月球軌道處，地球的本影的直徑仍相當於月球的2.5倍。所以當地球和月亮的中心大致在同一條直線上，月亮就會完全進入地球的本影，而產生月全食。而如果月球始終隻有部分為地球本影遮住時，即隻有部分月亮進入地球的本影，就發生月偏食。
太陽的直徑比地球的直徑大得多，地球的影子可以分為本影和半影。如果月球進入半影區域，太陽的光也可以被遮掩掉一些，這種現象在天文上稱為半影月食。由於在半影區陽光仍十分強烈，月麵的光度隻是極輕微減弱，多數情況下半影月食不容易用肉眼分辨。一般情況下，由於較不易為人發現，故不稱為月食，所以月食隻有月全食和月偏食兩種。
另外由於地球的本影比月球大得多，這也意味著在發生月全食時，月球會完全進入地球的本影區內，所以不會出現月環蝕這種現象。
每年發生月食數一般為2次，最多發生3次，有時一次也不發生。因為在一般情況下，月亮不是從地球本影的上方通過，就是在下方離去，很少穿過或部分通過地球本影，所以一般情況下就不會發生月食。
據觀測資料統計，每世紀中半影月食，月偏食、月全食所發生的百分比約為36.60%，34.46%和28.94%。月食的過程：
月全蝕後半影食始：月球剛剛和半影區接觸，這時肉眼覺察不到。
正式的月食的過程分為初虧、食既、食甚、生光、複圓五個階段。
初虧：標誌月食開始。月球由東緣慢慢進入地影，月球與地球本影第一次外切。
食既：月球的西邊緣與地球本影的西邊緣內切，月球剛好全部進入地球本影內。
食甚：月球的中心與地球本影的中心最近。
生光：月球東邊緣與地球本影東邊緣相內切，這時全食階段結束。
複圓：月球的西邊緣與地球本影東邊緣相外切，這時月食全過程結束。月球被食的程度叫“食分”，它等於食甚時月輪邊緣深入地球本影最遠距離與月球視經之比。
半影食終：月球離開半影，整個月食過程正式完結。
月食與科學研究：月食現象一直推動著人類認識的發展。最早的月食記錄是前2283年美索不達米亞的記錄。中國在漢朝時，張衡就已經發現了月食的原理。前4世紀的亞裏士多德根據月食看到地球影子的圓形而推斷出地球是圓的。前3世紀古希臘的天文學家阿裏斯塔克、前2世紀的喜帕恰斯都提出過通過月食來測定太陽、地球、月亮的大小。伊巴穀還提出在相距遙遠的兩個地方同時觀測月食，來測量地理經度。2世紀，托勒密利用古代月食記錄來研究月球運動，這種方法一直延用到今天。在火箭和人造地球衛星出現之前，科學家一直通過觀測月食來探索地球的大氣結構。
日食和月食統稱交食。由日月食的原理可看出，交食的出現與日、地、月三者的會合運動密切相關，此會合運動具有周期性，所以日月食自然也應有周期性。交食的周期是古代巴比倫人發現的，叫做“沙羅周期”（“沙羅”是重複的意思），為18年零11天多一點。即6585．32天。
月食的成因及不同階段：地球在背著太陽的方向會出現一條陰影，稱為地影。地影分為本影和半影兩部分。本影是指沒有受到太陽光直射的地方，而半影則隻受到部分太陽直射的光線。月球在環繞地球運行過程中有時會進入地影，這就產生月食現象。
當月球整個都進入本影時，就會發生月全食；但如果隻是一部分進入本影時，則隻會發生月偏食。月全食和月偏食都是本影月食。
在月全食時，月球並不是完全看不見的，這是由於太陽光在通過地球的稀薄大氣層時受到折射進入本影，投射到月麵上，令到月麵呈紅銅色。視乎月球經過本影的路徑及當時地球的大氣情況，光度在不同的月全食會有所不同。
有時月球並不會進入本影而隻進入半影，這就稱為半影月食。在半影月食發生期間，月亮將略為轉暗，但它的邊緣並不會被地球的影子所阻擋。
4．彩虹
彩虹
彩虹是氣象中的一種光學現象。當陽光照射到半空中的雨點，光線被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩的光譜。彩虹七彩顏色，從外至內分別為：紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。
形成原因：彩虹是因為陽光射到空中接近圓型的小水滴，造成色散及反射而成。陽光射入水滴時會同時以不同角度入射，在水滴內亦以不同的角度反射。當中以40至42度的反射最為強烈，造成我們所見到的彩虹。造成這種反射時，陽光進入水滴，先折射一次，然後在水滴的背麵反射，最後離開水滴時再折射一次。因為水對光有色散的作用，不同波長的光的折射率有所不同，藍光的折射角度比紅光大。由於光在水滴內被反射，所以觀察者看見的光譜是倒過來，紅光在最上方，其他顏色在下。
其實隻要有空氣中有水滴，而陽光正在觀察者的背後以低角度照射，便可能產生可以觀察到的彩虹現象。彩虹最常在下午，雨後剛轉天晴時出現。這時空氣內塵埃少而充滿小水滴，天空的一邊因為仍有雨雲而較暗。而觀察者頭上或背後已沒有雲的遮擋而可見陽光，這樣彩虹便會較容易被看到。另一個經常可見到彩虹的地方是瀑布附近。在晴朗的天氣下背對陽光在空中灑水或噴灑水霧，亦可以人工製造彩虹。
空氣裏水滴的大小，決定了虹的色彩鮮豔程度和寬窄。空氣中的水滴大，虹就鮮豔。也比較窄；反之，水滴小，虹色就淡，也比較寬。我們麵對著太陽是看不到彩虹的，隻有背著太陽才能看到彩虹，所以早晨的彩虹出現在西方，黃昏的彩虹總在東方出現。可我們看不見，隻有乘飛機從高空向下看，才能見到。虹的出現與當時天氣變化相聯係，一般我們從虹出現在天空中的位置可以推測當時將出現晴天或雨天。東方出現虹時，本地是不大容易下雨的，而西方出現虹時，本地下雨的可能性卻很大。
彩虹的明顯程度，取決於空氣中小水滴的大小，小水滴體積越大，形成的彩虹越鮮亮，小水滴體積越小，形成的彩虹就不明顯。一般冬天的氣溫較低，在空中不容易存在小水滴，下陣雨的機會也少，所以冬天一般不會有彩虹出現。
造成彩虹的光學原理很多時候會見到兩條彩虹同時出現，在平常的彩虹外邊出現同心，但較暗的副虹(又稱霓)。副虹是陽光在水滴中經兩次反射而成。兩次反射最強烈的反射角出現在50°至53°，所以副虹位置在主虹之外。因為有兩次的反射，副虹的顏色次序跟主虹反轉，外側為藍色，內側為紅色。副虹其實一定跟隨主虹存在，隻是因為它的光線強度較低，所以有時不被肉眼察覺而已。蘇格蘭上空的雙重彩虹1307年時歐洲已有人提出彩虹是由水滴對陽光的折射及反射而造成。笛卡爾在1637年發現水滴的大小不會影響光線的折射。他以玻璃球注入水來進行實驗，得出水對光的折射指數，用數學證明彩虹的主虹是水點內的反射造成，而副虹則是兩次反射造成。他準確計算出彩虹的角度，但未能解釋彩虹的七彩顏色。後來牛頓以玻璃菱鏡展示把太陽光散射成彩色之後，關於彩虹的形成的光學原理全部被發現。
彩虹其實並非出現在半空中的特定位置。它是觀察者看見的一種光學現象，彩虹看起來的所在位置，會隨著觀察者而改變。當觀察者看到彩虹時，它的位置必定是在太陽的相反方向。彩虹的拱以內的中央，其實是被水滴反射，放大了的太陽影像。所以彩虹以內的天空比彩虹以外的要亮。彩虹拱形的正中心位置，剛好是觀察者頭部影子的方向，虹的本身則在觀察者頭部的影子與眼睛一線以上40°至42°的位置。因此當太陽在空中高於42度時，彩虹的位置將在地平線以下而不可見。這亦是為甚麼彩虹很少在中午出現的原因。
彩虹由一端至另一端，橫跨84°。以一般的35mm照相機，需要焦距為19mm以下的廣角鏡頭才可以用單格把整條彩虹拍下。倘若在飛機上，會看見彩虹會是原整的圓形而不是拱形，而圓形彩虹的正中心則是飛機行進的方向。
晚虹是一種罕見的現象，在月光強烈的晚上可能出現。由於人類視覺在晚間低光線的情況下難以分辦顏色，故此晚虹看起來好像是全白色。
雙彩虹：當陽光經過水滴時，它會被折射、反射後再折射出來。在水滴內經過一次反射的光線，便形成我們常見的彩虹（主虹）。若光線在水滴內進行了兩次反射，便會產生第二道彩虹（霓）。霓的顏色排列次序跟主虹是相反的。由於每次反射均會損失一些光能量，因此霓的光亮度亦較弱。
彩虹為什麼總是彎曲的？
1．光的波長決定光的彎曲程度，事實上如果條件合適的話，可以看到整圈圓形的彩虹。彩虹的形成是太陽光射向空中的水珠經過折射→反射→折射後射向我們的眼睛所形成。不同顏色的太陽光束經過上述過程形成彩虹的光束與原來光束的偏折角約180-42=138度。也就是說，若太陽光與地麵水平，則觀看彩虹的仰角約為42度。
想象你看著東邊的彩虹，太陽在從背後的西邊落下。白色的陽光（彩虹中所有顏色的組合）穿越了大氣，向東通過了你的頭頂，碰到了從暴風雨落下的水滴。當一道光束碰到了水滴，會有兩種可能：一是光可能直接穿透過去，或者更有趣的是，它可能碰到水滴的前緣，在進入時水滴內部產生彎曲，接著從水滴後端反射回來，再從水滴前端離開，往我們這裏折射出來。這就是形成彩虹的光。
光穿越水滴時彎曲的程度，端視光的波長（即顏色）而定——紅色光的彎曲度最大，橙色光與黃色光次之，依此類推，彎曲最少的是紫色光。每種顏色各有特定的彎曲角度，陽光中的紅色光，折射的角度是42度，藍色光的折射角度隻有40度，所以每種顏色在天空中出現的位置都不同。
若你用一條假想線，連接你的後腦勺和太陽，那麼與這條線呈42度夾角的地方，就是紅色所在的位置。這些不同的位置勾勒出一個弧。既然藍色與假想線隻呈40度夾角，所以彩虹上的藍弧總是在紅色的下麵。
彩虹之所以為弧型這當然與其形成有著不可分割的關係，同樣這也與地球的形狀有很大的關係，由於地球表麵為一曲麵而且還被厚厚的大氣所覆蓋，在雨後空氣中的水含量比平時高，當陽光照射入空氣中的小水滴形成了折射，同時由於地球表麵的大氣層為一弧麵從而導致了陽光在表麵折射形成了我們所見到的弧形彩虹！
5．灰霾
灰霾
灰霾又稱大氣棕色雲，在中國氣象局的《地麵氣象觀測規範》中，灰霾天氣被這樣定義：“大量極細微的幹塵粒等均勻地浮遊在空中，使水平能見度小於10千米的空氣普遍有混濁現象，使遠處光亮物微帶黃、紅色，使黑暗物微帶藍色。”目前，在我國的部分區域存在著4個灰霾嚴重地區：黃淮海地區、長江河穀、四川盆地和珠江三角洲。
霧和灰霾的區別：霧是氣溶膠係統，是由大量懸浮在近地麵空氣中的微小水滴或冰晶組成的、能見度降低到1千米以內的自然現象
一般來講，霧和霾的區別主要在於水分含量的大小：水分含量達到90%以上的叫霧，水分含量低於80%的叫霾。80%～90%之間的，是霧和霾的混合物，但主要成分是霾。就能見度來區分：如果目標物的水平能見度降低到1千米以內，就是霧；水平能見度在1千米～10千米的，稱為輕霧或靄；水平能見度小於10千米，且是灰塵顆粒造成的，就是霾或灰霾。另外，霾和霧還有一些肉眼看得見的“不一樣”：霧的厚度隻有幾十米至200米，霸則有1千米～3千米；霧的顏色是乳白色、青白色，霾則是黃色、橙灰色；霧的邊界很清晰，過了“霧區”可能就是晴空萬裏，但是霾則與周圍環境邊界不明顯。