'마운틴 시티'는 바다 도시처럼 굴절과 반사로 형성된 자연의 풍경이다. 아름답고 기묘하지만 몇 년에 한 번씩 나타나는 경우는 드물다. 운이 좋은 소수의 사람들만이 우연히 볼 수 있는 반면, 대부분의 사람들은 기대하고 한숨을 쉬게 된다.
균일한 매질에서 진행하면 빛의 속도는 변하지 않고 직선 방향으로 진행되지만, 빛이 이 매질에서 밀도가 다른 매질로 비스듬히 이동하면 빛의 속도가 변하고 진행 방향도 바뀌게 되는데, 이를 굴절이라고 합니다. 직선 막대를 물에 비스듬히 꽂아보면 막대의 수중 부분과 물 위에 노출된 부분이 깨져 있는 것을 볼 수 있는데 이는 빛의 굴절로 인해 발생하는 현상입니다. 물과 공기 사이의 경계면에 물을 투사하면 이 경계면에서 빛이 두 부분으로 나뉘는 것을 볼 수 있습니다. 한 부분은 물에 반사되고 다른 부분은 공기 중으로 굴절됩니다. 인터페이스에 닿는 빛이 더 기울어지도록 물 속에서 거울을 돌리면 공기 중 빛의 굴절이 더 심하게 나타납니다. 경계면을 향하는 빛이 아래 왼쪽 그림과 같이 되면 빛은 모두 물에 반사되고 더 이상 공기 중으로 굴절되는 빛은 없습니다. 이 현상을 전반사라고 합니다.
공기 자체는 균일한 매체가 아닙니다. 일반적인 상황에서는 높이가 높아질수록 밀도가 작아집니다. 빛이 서로 다른 높이의 공기층을 통과할 때마다 어느 정도 굴절이 일어나게 되는데, 우리는 일상생활에서 이러한 굴절 현상에 익숙해져 있어서 이상하게 생각하지 않습니다.
그러나 기온이 수직으로 비정상적으로 변해 평소와 다른 굴절과 전반사를 일으키게 되면 신기루 현상이 발생하게 된다. 비정상적인 공기 밀도의 다양한 특정 조건으로 인해 신기루는 다양한 형태로 나타납니다.
여름에는 낮 동안 바닷물의 습도가 상대적으로 낮고, 특히 해수면을 통해 찬물이 흐를 때 하층의 공기는 수온의 영향을 받습니다. 하층의 공기는 수온의 영향을 받아 상층의 공기보다 차갑습니다. 높이 100m마다 온도가 약 0.5~0.6씩 떨어집니다. 낮은 층의 공기는 더 높은 기압으로 인해 이미 더 밀도가 높습니다. 이제 온도가 상부보다 낮다는 사실과 결합하여 밀도가 특히 높아지게 됩니다. 수준과 상부 수준의 더 얇은 공기층은 매우 중요합니다.
동쪽 지평선 아래에 배가 있다면 일반적으로 보이지 않습니다. 이때 아래의 밀도가 높은 공기와 얇은 공기의 차이가 너무 크면 선박에서 나오는 빛은 밀도가 높은 공기층에서 얇은 공기층으로 점차 굴절되어 위쪽 층에서 전반사를 겪은 다음 굴절됩니다. 그런 곡선을 지나서 다시 낮은 밀도의 공기층으로 돌아가서 마침내 우리의 눈에 들어오면 그 이미지를 볼 수 있다. 인간의 시각은 항상 물체를 직선 방향에서 오는 것으로 인식하기 때문에 우리가 보는 배의 이미지가 실제 물체보다 훨씬 높다고 해서 신기루라고 부릅니다.
우리 나라 발해에는 먀오족 섬이 있는데 여름에는 낮 동안 해수 온도가 낮아서 공기 밀도가 지하 밀도와 밀도 차이가 많이 난다. 발해 남해안의 봉래현(고대에는 덩저우라고도 불림)에서는 템플 아일랜드 섬의 유령을 자주 볼 수 있습니다. 송나라의 심궈는 그의 유명한 『맹희비탄』에 이렇게 기록했습니다.
"덩저우 바다에는 때때로 궁전과 테라스, 흉벽의 인물 등 구름이 있습니다. , 전차와 말, 왕관이 선명하게 보입니다."
이것이 봉래에서 본 신기루입니다. 1933년 5월 22일 오전 11시경, 칭다오 첸하이(자오저우만 밖) 주차섬에서도 신기루가 발견되어 시내 전역에 퍼져 많은 사람들이 이를 구경했습니다. 1975년 광둥성 인근 해상에서 신기루가 6시간 동안 지속됐다.
신기루는 여름 바다뿐만 아니라 아침 강에서도 볼 수 있는데, 예를 들어 1934년 8월 2일 난퉁 근처 강에서 나타났다. 하늘은 선선하고 날씨는 매우 더웠습니다. 오후가 되자 갑자기 양쯔강 위로 하늘에 비친 탑과 도시의 윤곽, 나무와 집들이 전체 길이가 20마일이 넘었습니다. 약 30분 후, 동쪽으로 이동하다가 갑자기 사라졌습니다. 그런 다음 구름 속으로 우뚝 솟은 산 세 개가 더 나타났습니다. 중앙에 향로처럼 보이는 산이 있었는데, 모두 사라지는 데 30분이 더 걸렸습니다.
사막에서는 낮 동안 태양에 모래와 바위가 그을려 모래층 근처의 온도가 매우 빠르게 상승합니다.
공기는 열전달이 잘 되지 않기 때문에 바람이 없을 때에는 공기의 상층과 하층 사이의 열교환이 매우 작아서 바닥의 고온과 저온의 수직 온도차가 매우 크며 이로 인해 하층의 공기밀도가 상층의 공기밀도보다 작아지는 비정상적인 현상. 이 경우, 앞에 나무가 있고 상대적으로 습한 곳에서 자라면 나무 꼭대기에서 아래쪽으로 투사된 빛은 밀도가 높은 공기층에서 밀도가 낮은 공기층으로 전달됩니다. 굴절된 빛이 지면에 가까운 뜨겁고 얇은 공기층에 도달하면 빛은 지면 근처의 밀도가 낮은 공기층에서 다시 밀도가 높은 공기층으로 반사됩니다. 이렇게 아래로 휘어진 빛을 통해 나무의 이미지가 사람들의 눈에 전달되고, 나무의 반사가 나타난다.
반사된 부분이 실제 물체 아래에 위치하기 때문에 신기루라고도 불린다. 이런 종류의 반사는 사람들에게 물가에 있는 나무 그림자의 환상을 쉽게 주고, 멀리 호수가 있을 것이라고 생각하게 합니다. 사막을 여행한 대부분의 사람들은 비슷한 경험을 했습니다. 영화 '시샤팡마 오르기'를 촬영한 사진작가는 광활한 마른 초원을 걷다가 이런 신기루를 본 적이 있다. 그는 요리할 물을 얻기 위해 신기루가 있는 방향으로 달려갔다. 그곳으로 달려가서 물이 없는 것을 보고 그는 자신이 신기루에 속았다는 것을 깨달았습니다. 이는 모래와 같은 마른 풀이 뜨거운 태양에 의해 가열되어 공기층의 밀도가 아래에서 위로 점차 증가하여 하향 신기루를 생성할 수 있기 때문입니다.
어떤 신기루라도 바람이 없거나 바람이 매우 약한 기상 조건에서만 나타날 수 있다. 강한 바람으로 인해 상부와 하부 공기가 휘저어 혼합되면 상부와 하부 공기의 밀도 차이가 줄어들고 빛의 비정상적인 굴절이나 전체 반사가 발생하지 않고 모든 환상이 즉시 사라집니다.