Мираж — это естественное оптическое явление , при котором лучи света преломляются посредством преломления , создавая смещенное изображение удаленных объектов или неба. [1] Слово пришло в английский язык через французское (se) mirer , от латинского mirari , что означает «смотреть, удивляться». [2]
Миражи можно разделить на «низшие» (то есть низшие), «высшие» (то есть высшие) и « Фата-моргану » — разновидность высшего миража, состоящего из серии необычайно сложных, вертикально расположенных изображений, которые образуют один быстро меняющийся мираж.
В отличие от галлюцинации , мираж — это реальное оптическое явление, которое можно запечатлеть на камеру, поскольку световые лучи на самом деле преломляются, формируя ложное изображение в месте нахождения наблюдателя. Однако то, что, по-видимому, представляет изображение, определяется интерпретативными способностями человеческого разума. Например, худшие изображения на суше очень легко ошибочно принять за отражения от небольшого водоема.
В нижнем мираже изображение миража появляется ниже реального объекта. Реальным объектом в нижнем мираже является (голубое) небо или любой удаленный (следовательно, голубоватый) объект в том же направлении. Мираж заставляет наблюдателя видеть яркое и 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 . Поэтому лучи, исходящие из верхней части объекта, придут ниже, чем лучи, исходящие из нижней части. Изображение обычно перевернуто, что усиливает иллюзию того, что изображение неба, видимое вдалеке, является зеркальным отражением на луже воды или масла, действующей как зеркало .
Хотя аэродинамика очень активна, изображение нижнего миража стабильно в отличие от фата-морганы, которая может измениться в течение нескольких секунд. Поскольку более теплый воздух поднимается, а более холодный (будучи более плотным ) опускается, слои будут смешиваться, вызывая турбулентность . Изображение будет соответствующим образом искажено ; оно может вибрировать или быть растянутым по вертикали ( возвышающимся ) или сжатым по вертикали ( наклоняющимся ). Также возможно сочетание вибрации и расширения. Если присутствует несколько температурных слоев , несколько миражей могут смешиваться, возможно, вызывая двойные изображения. В любом случае миражи обычно не больше примерно половины градуса в высоту (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 просмотре объектов через массу нагретого воздуха. Обычные случаи, когда возникает тепловая дымка, включают изображения объектов, рассматриваемых через асфальтобетон (также известный как гудрон ), дороги и каменные крыши в жаркие дни, над и за огнем (например, при горении свечей , обогревателей патио и костров ), а также через выхлопные газы реактивных двигателей . Когда она появляется на дорогах из-за горячего асфальта, ее часто называют «миражом шоссе». Она также случается в пустынях; в этом случае ее называют «пустынным миражом». И гудрон, и песок могут сильно нагреваться под воздействием солнца, легко оказываясь более чем на 10 °C (18 °F) выше, чем воздух на метр (3,3 фута) выше, что достаточно для создания условий, подходящих для возникновения миража.
Конвекция приводит к изменению температуры воздуха, а изменение между горячим воздухом у поверхности дороги и более плотным холодным воздухом над ней вызывает градиент показателя преломления воздуха. Это создает эффект размытого мерцания , который затрудняет возможность разрешения изображения и усиливается при увеличении изображения через телескоп или телеобъектив .
Свет от неба под небольшим углом к дороге преломляется градиентом индекса, создавая впечатление, что небо отражается от поверхности дороги. Это может выглядеть как лужа жидкости (обычно воды, но, возможно, и других, например, масла) на дороге, поскольку некоторые типы жидкостей также отражают небо. Иллюзия перемещается вдаль по мере того, как наблюдатель приближается к отраженному объекту, создавая тот же эффект, что и приближение к радуге.
Тепловая дымка не связана с атмосферным явлением дымки .
Верхний мираж — это тот, в котором изображение миража кажется расположенным выше реального объекта. Верхний мираж возникает, когда воздух ниже линии зрения холоднее, чем воздух над ней. Такое необычное расположение называется температурной инверсией . В дневное время нормальный температурный градиент атмосферы — холодный воздух над теплым воздухом. Проходя через температурную инверсию, световые лучи изгибаются вниз, и поэтому изображение появляется выше истинного объекта, отсюда и название верхний . [3]
Верхние миражи довольно распространены в полярных регионах , особенно над большими ледяными пластами, имеющими однородную низкую температуру. Верхние миражи также случаются в более умеренных широтах, хотя в этих случаях они слабее и, как правило, менее гладкие и стабильные. Например, далекая береговая линия может казаться возвышающейся и выглядеть выше (и, таким образом, возможно, ближе), чем она есть на самом деле. Из-за турбулентности, кажется, что есть танцующие шипы и башни. Этот тип миража также называется Fata Morgana , или hafgerðingar на исландском языке . [4]
Верхний мираж может быть как правым, так и 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 изгиба вниз световых лучей примерно такая же, как кривизна Земли , световые лучи могут преодолевать большие расстояния, в том числе из-за горизонта. Это наблюдалось и было задокументировано в 1596 году, когда корабль, искавший Северо-Восточный проход, застрял во льдах у Новой Земли , за Полярным кругом . Солнце, казалось, взошло на две недели раньше, чем ожидалось; настоящее Солнце все еще находилось под горизонтом, но его световые лучи следовали за кривизной Земли. Этот эффект часто называют миражом Новой Земли . На каждые 111,12 километра (69,05 миль), которые световые лучи проходят параллельно поверхности Земли, Солнце будет казаться на 1° выше на горизонте. Инверсионный слой должен иметь правильный температурный градиент на всем расстоянии, чтобы это стало возможным.
Точно так же корабли, которые находятся так далеко, что их не должно быть видно над геометрическим горизонтом, могут появляться на горизонте или даже над ним как верхние миражи. [5] Это может объяснить некоторые истории о летающих кораблях или прибрежных городах в небе, как их описывают некоторые полярные исследователи. Это примеры так называемых арктических миражей, или hillingar на исландском языке.
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 световые лучи будут просто следовать кривизне Земли, и горизонт будет казаться плоским. Если градиент меньше (как это почти всегда и бывает), лучи недостаточно изгибаются и теряются в пространстве, что является нормальной ситуацией сферического, выпуклого «горизонта».
В некоторых ситуациях удаленные объекты могут подниматься или опускаться, растягиваться или укорачиваться без всякого миража.
Fata Morgana (название происходит от итальянского перевода Morgan le Fay , фея, оборотень, сводная сестра короля Артура) — очень сложный верхний мираж. Он появляется с чередованием сжатых и растянутых областей, прямых изображений и перевернутых изображений. [6] Fata Morgana также является быстро меняющимся миражом.
Миражи Fata Morgana наиболее распространены в полярных регионах , особенно над большими ледяными пластами с однородной низкой температурой, но их можно наблюдать практически где угодно. В полярных регионах Fata Morgana можно наблюдать в холодные дни; в пустынных районах, над океанами и озерами Fata Morgana можно наблюдать в жаркие дни. Для Fata Morgana температурная инверсия должна быть достаточно сильной, чтобы кривизна световых лучей внутри инверсии была сильнее кривизны Земли . [6]
Лучи будут изгибаться и образовывать дуги . Наблюдателю необходимо находиться внутри атмосферного канала , чтобы увидеть Фата-Моргану. [7] Миражи Фата-Морганы можно наблюдать с любой высоты в пределах атмосферы Земли , в том числе с вершин гор или самолетов. [8] [9]
Искажения изображения и преломление света могут производить впечатляющие эффекты. В своей книге Pursuit: The Chase and Sinking of the "Bismarck" Людовик Кеннеди описывает инцидент, который якобы произошел под Датским проливом в 1941 году после затопления Hood . Bismarck , преследуемый британскими крейсерами Norfolk и Suffolk , скрылся из виду в морском тумане. Через несколько секунд корабль снова появился, направляясь к британским кораблям на высокой скорости. В тревоге крейсеры разделились, ожидая неминуемой атаки, и наблюдатели с обоих кораблей с удивлением наблюдали, как немецкий линкор затрепетал, стал нечетким и исчез. Радиолокационное наблюдение во время этих событий показало, что Bismarck на самом деле не изменил свой курс.
Условия для возникновения миража могут возникать как ночью, так и днем. При некоторых обстоятельствах миражи астрономических объектов и миражи огней от движущихся транспортных средств, самолетов, кораблей, зданий и т. д. можно наблюдать ночью. [1]
Мираж астрономического объекта — это естественное оптическое явление , при котором световые лучи преломляются, создавая искаженные или множественные изображения астрономического объекта . Миражи можно наблюдать для таких астрономических объектов, как Солнце , Луна , планеты , яркие звезды и очень яркие кометы . Наиболее часто наблюдаемыми являются миражи заката и восхода солнца .
