Как образуются миражи?
Самый простой и наглядный способ понять природу миража — посмотреть на тихую гладь пруда. То, что мы видим в воде, в физике называется «мнимым изображением». Иллюзия возникает из-за того, что оптическая плотность и коэффициент преломления жидкости разительно отличаются от воздушных. С миражами происходит то же самое, только в роли воды выступает сама атмосфера.
Почему в пустыне видят озера
Чтобы небо упало на землю, а на горизонте возникло призрачное озеро, необходимо резкое изменение оптической плотности воздуха. Природа создает такие условия с завидной регулярностью, особенно в пустыне, где раскаленный песок нагревается до 60–70 °C, или в жаркий полдень над черным асфальтовым шоссе. Слой воздуха у самой поверхности становится значительно теплее и, как следствие, оптически менее плотным, чем воздух выше.
Луч света, идущий от неба или далекого предмета, не может пробиться сквозь эту тепловую подушку напрямую. Он претерпевает отклонение, изгибаясь дугой в нижнем слое, и, словно рикошетом, попадает в глаз наблюдателя. Наш мозг, привыкший к прямолинейному распространению света, безальтернативно достраивает картинку, проецируя объект туда, где его на самом деле нет. В результате мы видим перевернутое изображение неба у самой земли, что рождает иллюзию водной глади.
«Так возникает то, что в оптике атмосферы называется нижним миражом. Он неустойчив, потому что нагретый воздух стремится верх, изображение может "плавать", искажаться или вообще пропадать», — рассказывает Николай Олегович Григоров, доцент Российского государственного гидрометеорологического университета (РГГМУ).
Откуда берутся парящие города и потерянные эскадры
Чуть реже, но еще более эффектно проявляет себя верхний мираж. Если в случае с пустыней мы имеем дело с пеклом у земли, то здесь требуется противоположный сценарий — мощная температурная инверсия. Это когда с набором высоты температура воздуха не падает, а растет. В образовавшейся теплой прослойке, зажатой между холодными слоями, и происходит волшебство преломления.
«В этом случае изображение как бы парит над поверхностью. Верхний мираж также неустойчив, поскольку такое необычное распределение температуры в атмосфере непродолжительно», — объясняет эксперт.
Колдовство Фата Морганы
Самые интересные оптические иллюзии появляются тогда, когда условия для нижнего и верхнего миражей совпадают одновременно. Это явление называется фата-моргана. Свое имя феномен получил в честь феи Морганы, сестры короля Артура, которая, согласно кельтским мифам, умела строить воздушные замки и дурачить доверчивых путников.
«Изображение искажается до неузнаваемости, и наблюдатель принимает обыкновенный камень за высокий дом, скалу — за чудесный замок... Такое явление наблюдается в низких широтах вблизи морских берегов», — приводит пример Григоров.
«Эффект Новой Земли» или рефракция
В высоких широтах есть не менее интересное явление — рефракция, это родная сестра миража, только работающая с астрономическими объектами.
«Рефракция — это преломление солнечных лучей в самой атмосфере. За счет рефракции можно увидеть солнце даже тогда, когда оно зашло за горизонт! Или преломление лучей как бы приподнимает изображение светила, и наблюдатель видит восход солнца раньше, чем оно реально возникает на горизонте», — Григоров.
Впервые явление было описано не профессиональным астрономом, а мореплавателем Виллемом Баренцем во время его трагической зимовки на архипелаге Новая Земля в 1596–1597 годах. Члены его экспедиции увидели край солнечного диска, восходящий над горизонтом, хотя, согласно календарю и широте, в этих краях наступила полярная ночь.
Астрономическая рефракция тем сильнее, чем холоднее и плотнее воздух у поверхности. В Арктике мощные инверсионные слои превращаются в гигантскую линзу. Они настолько сильно загибают траекторию солнечного луча вдоль горизонта, что мы видим звезду еще до того, как она формально вынырнула из-за кромки Земли. За счет этого эффекта полярный день на полюсах может быть на 14 суток длиннее полярной ночи, вместо «положенных» по полгода.
