中心有气泡的水球，成像一正一反的简单解释

中国空间站的“天宫课堂”里，展示了一个里面有个大气泡的水球，透过水球看去，会看到一正一反的两个像，为什么会这样呢？

我们来看看光线是如何被水球折射的，这里只考察过水球中心的竖直平面上的光线。

一个点光源发出的光，被一个里面没有气泡的水球折射后，并不能汇聚到一个点上，但可以汇聚于一个很小的区域里，然后再发散开来。但在有些时候，作为一种近似，我们可以认为光线汇聚于一个点，因而我们会看到倒立放大的像。

再来看有气泡的水球里的情况。

有一部分光线在气泡表面发生了全反射，反射光线我们就不画出来了。

穿过气泡的光线，最后会发散开来。没有穿过气泡的光线，分别汇聚于两个很小的区域，然后再发散。

我们准备一个向上的箭头，箭头顶部放一个黄点，底部放一个蓝点。

先来看顶部黄点的光线。

红色光线穿过了中心的气泡，蓝色光线没有穿过中心的气泡。这两部分光线经过我们人眼中晶状体的折射后在视网膜上汇聚于两个点，因此我们会看到两个影像。

为了能够看得清楚一点，我们把没有射入眼球的光线去掉，如下图。

再来看箭头底部的蓝点，穿过中心气泡的光线用橙色表示，没有穿过中心气泡的光线用青色表示。它们在视网膜上也分别汇聚于两个点，我们用一个橙色的点和一个青色的点来标记它们。

红色和橙色，是经过气泡的光线，我们把红点和橙点连起来，就是我们看见气泡里箭头影像的大小。

蓝色和青色，是没有经过气泡的光线，我们把蓝点和青色点连起来，就是箭头在气泡外的像的大小。

可以看出，气泡里的影像小，而气泡周围的影像大。

这里气泡里的影像是倒立的，而气泡周围的影像却是正立的，但我们的大脑会把它们倒过来，

因此我们看见的影像就是气泡里边是正立的，而气泡外面是倒立的。

如果不是水球，而且其他材质的球，会怎么样呢？我们来看一看。下图是透过中间有气泡的玻璃球看见的样子。

下图是透过中心有气泡的水晶球看见的样子。