Мираж — это естественное оптическое явление , при котором лучи света преломляются , создавая смещенное изображение удаленных объектов или неба. [1] Это слово пришло в английский язык через французское слово (se) mirer , от латинского mirari , что означает «смотреть, удивляться». [2]
Миражи можно разделить на «низшие» (что означает «нижний»), «высшие» (что означает «высший») и « Фата Моргана » — один из видов высших миражей, состоящий из серии необычайно сложных, вертикально расположенных изображений, образующих один быстро меняющийся мираж. .
В отличие от галлюцинации , мираж — это настоящее оптическое явление, которое можно запечатлеть на камеру, поскольку лучи света фактически преломляются, образуя ложное изображение в месте нахождения наблюдателя. Однако то, что представляет собой изображение, определяется интерпретативными способностями человеческого разума. Например, изображения низкого качества на суше очень легко принять за отражения от небольшого водоема.
В нижнем мираже изображение миража появляется под реальным объектом. Реальным объектом нижнего миража является (голубое) небо или любой отдаленный (следовательно, голубоватый) объект в том же направлении. Мираж заставляет наблюдателя видеть яркое голубоватое пятно на земле.
Лучи света , исходящие от определенного удаленного объекта, проходят почти через одни и те же слои воздуха и преломляются примерно под одним и тем же углом . Следовательно, лучи, идущие сверху объекта, будут приходить ниже, чем лучи снизу. Изображение обычно перевернуто, что усиливает иллюзию того, что изображение неба, видимое на расстоянии, представляет собой зеркальное отражение в луже воды или масла, действующей как зеркало .
Хотя аэродинамика очень активна, изображение нижнего миража стабильно в отличие от фата-морганы, которая может измениться за считанные секунды. Поскольку более теплый воздух поднимается вверх, а более холодный (более плотный ) опускается, слои будут смешиваться, вызывая турбулентность . Изображение будет соответствующим образом искажено ; он может вибрировать, вытягиваться вертикально ( возвышаться ) или сжиматься вертикально ( наклоняться ). Также возможна комбинация вибрации и растяжения. Если присутствуют несколько температурных слоев , несколько миражей могут смешиваться, возможно, вызывая двойное изображение. В любом случае миражи обычно имеют высоту не более полградуса (примерно угловой диаметр Солнца и Луны) и исходят от объектов, находящихся на расстоянии от десятков метров до нескольких километров.
Тепловая дымка , также называемая тепловым мерцанием , относится к нижнему миражу, наблюдаемому при рассматривании объектов через массу нагретого воздуха. Распространенные случаи возникновения теплового тумана включают изображения объектов, видимых на асфальтобетонных (также известных как асфальтированные ) дорогах и над каменными крышами в жаркие дни, над и позади огня (например, при горящих свечах , обогревателях во дворе и кострах ), а также через выхлопные газы. от реактивных двигателей . Появляясь на дорогах из-за горячего асфальта, его часто называют «дорожным миражом». Это также происходит в пустынях; в этом случае его называют «миражом пустыни». И асфальт, и песок могут стать очень горячими под воздействием солнца, легко нагреваясь более чем на 10 ° C (18 ° F) выше, чем воздух на метр (3,3 фута) выше, что достаточно, чтобы создать условия, подходящие для возникновения миража.
Конвекция вызывает изменение температуры воздуха, а изменение между горячим воздухом на поверхности дороги и более плотным холодным воздухом над ней вызывает градиент показателя преломления воздуха . Это создает эффект размытого мерцания , который затрудняет разрешение изображения и усиливается при увеличении изображения с помощью телескопа или телеобъектива .
Свет неба, идущий под небольшим углом к дороге, преломляется градиентом индекса, создавая впечатление, будто небо отражается от поверхности дороги. Это может выглядеть как лужа жидкости (обычно воды, но возможно и других жидкостей, например масла) на дороге, поскольку некоторые типы жидкостей также отражают небо. Иллюзия удаляется вдаль по мере приближения наблюдателя к миражированному объекту, создавая тот же эффект, что и при приближении к радуге.
Тепловая дымка не связана с атмосферным явлением дымки .
Верхний мираж — это мираж, при котором кажется, что изображение миража расположено над реальным объектом. Верхний мираж возникает, когда воздух ниже линии зрения холоднее, чем воздух над ним. Это необычное расположение называется температурной инверсией , поскольку теплый воздух над холодным воздухом противоположен нормальному температурному градиенту атмосферы в дневное время. Проходя через температурную инверсию, лучи света изгибаются вниз, поэтому изображение появляется над истинным объектом, отсюда и название Superior . [3]
Верхние миражи довольно распространены в полярных регионах , особенно над большими пластами льда, имеющими равномерную низкую температуру. Верхние миражи встречаются и в более умеренных широтах, хотя в этих случаях они слабее и имеют тенденцию быть менее плавными и устойчивыми. Например, отдаленная береговая линия может казаться возвышающейся и выглядеть выше (и, следовательно, возможно, ближе), чем она есть на самом деле. Из-за турбулентности здесь кажутся танцующими шипы и башни. Этот тип миража также называется Фата Моргана , или хафгердингар на исландском языке . [4]
Верхний мираж может быть правосторонним или перевернутым, в зависимости от расстояния до истинного объекта и градиента температуры. Часто изображение выглядит как искаженная смесь верхних и нижних частей.
Поскольку Земля круглая, если кривизна световых лучей, изгибающаяся вниз, примерно такая же, как кривизна Земли , световые лучи могут распространяться на большие расстояния, в том числе из-за горизонта. Это было замечено и задокументировано в 1596 году, когда корабль в поисках Северо-Восточного прохода застрял во льдах у Новой Земли , за Полярным кругом . Солнце, казалось, взошло на две недели раньше, чем ожидалось; настоящее Солнце все еще находилось за горизонтом, но его световые лучи повторяли кривизну Земли. Этот эффект часто называют новоземельским миражом . На каждые 111,12 километра (69,05 миль), которые лучи света проходят параллельно поверхности Земли, Солнце будет появляться на горизонте на 1 ° выше. Чтобы это стало возможным, инверсионный слой должен иметь правильный градиент температуры на всем расстоянии.
Точно так же корабли, находящиеся так далеко, что их не должно быть видно над геометрическим горизонтом, могут появиться на горизонте или даже над ним как высшие миражи. [5] Это может объяснить некоторые истории о летающих кораблях или прибрежных городах в небе, описанные некоторыми полярными исследователями. Это примеры так называемых арктических миражей, или по-исландски хиллингар .
Если вертикальный градиент температуры составляет +12,9 °C (23,2 °F) на 100 метров/330 футов (где положительный знак означает, что температура увеличивается на больших высотах), то горизонтальные лучи света будут просто следовать за кривизной Земли, а горизонт будет кажутся плоскими. Если градиент меньше (а это почти всегда так), лучи недостаточно изогнуты и теряются в пространстве, что является нормальной ситуацией для сферического, выпуклого «горизонта».
В некоторых ситуациях удаленные объекты можно поднять или опустить, растянуть или укоротить без миража.
Фата Моргана (название происходит от итальянского перевода Морган ле Фэй , феи, сводной сестры короля Артура, меняющей форму) — это очень сложный высший мираж. Он проявляется в виде чередования сжатых и растянутых участков, прямых и перевернутых изображений. [6] Фата Моргана – это также быстро меняющийся мираж.
Миражи Фата Морганы наиболее распространены в полярных регионах , особенно над большими пластами льда с равномерно низкой температурой, но наблюдать их можно практически везде. В полярных регионах фата-моргану можно наблюдать в холодные дни; в пустынных районах, над океанами и озерами фата-моргану можно наблюдать в жаркие дни. Для Фата Морганы температурная инверсия должна быть достаточно сильной, чтобы кривизна световых лучей внутри инверсии была сильнее, чем кривизна Земли . [6]
Лучи будут изгибаться и образовывать дуги . Чтобы увидеть Фата Моргану, наблюдателю необходимо находиться в пределах атмосферного канала . [7] Миражи Фата Морганы можно наблюдать с любой высоты в атмосфере Земли , в том числе с вершин гор или с самолетов. [8] [9]
Искажения изображения и искривление света могут создавать впечатляющие эффекты. В своей книге «Погоня: погоня и потопление «Бисмарка» Людовик Кеннеди описывает инцидент, который предположительно произошел ниже Датского пролива в 1941 году, после затопления «Худа » . « Бисмарк» , преследуемый британскими крейсерами «Норфолк» и «Саффолк », скрылся из виду в морском тумане. Через несколько секунд корабль снова появился и на высокой скорости направился к британским кораблям. В тревоге крейсеры разделились, ожидая скорой атаки, и наблюдатели с обоих кораблей с изумлением наблюдали, как немецкий линкор затрепетал, стал нечетким и исчез. Радиолокационные наблюдения во время этих событий показали, что « Бисмарк» фактически не изменил своего курса.
Условия для возникновения миража могут возникать как ночью, так и днем. В некоторых случаях ночью можно наблюдать миражи астрономических объектов и миражи огней движущихся транспортных средств, самолетов, кораблей, зданий и т. д. [1]
Мираж астрономического объекта — это естественное оптическое явление , при котором лучи света изгибаются, создавая искаженные или множественные изображения астрономического объекта . Миражи можно наблюдать у таких астрономических объектов, как Солнце , Луна , планеты , яркие звезды и очень яркие кометы . Наиболее часто наблюдаются миражи заката и восхода солнца .
