Как возникают миражи?

Самая простая аналогия миража – отражение вашего лица в водной глади. В оптике это называют «мнимым изображением».

Вода обладает оптической плотностью и коэффициентом преломления, отличными от воздуха. По тому же самому принципу «работают» и миражи. Главное условие их появления – резкое изменение оптической плотности воздуха.

Миражи часто ассоциируются с пустынями, и такая ассоциация совершенно оправданна, ведь появляются они там, где поверхность земли, а значит и слой воздуха над ней сильно нагреты солнечными лучами. Температура у поверхности должна быть действительно высокой – порядка 60-70°С (до такой температуры и раскаляется песок в пустыне, а иногда даже и воздух над асфальтированной дорогой).

В этом случае оптический луч, идущий от какого-то реального предмета, отклоняется по кривой в нижнем слое воздуха, попадая в ваши глаза, которые вдруг начинают видеть этот предмет вверх тормашками. Именно такое перевернутое мнимое изображение неба и создает иллюзию водной глади в безжизненной пустыне. Это явление в оптике называют нижним миражом. Такая картинка, впрочем, не устойчива: поскольку нагретый воздух стремится вверх, мираж может дрожать, искажаться, а то и вовсе пропасть.

Более редки так называемые верхние миражи. Условием их появления является наличие в некотором воздушном слое над поверхностью земли сильной температурной инверсии (увеличения температуры с высотой). Когда это происходит, лучи преломляются как раз в этом нагретом слое и мираж, который вы видите, словно парит над землей. Увы, этот вид миража также нельзя назвать устойчивым, ведь столь необычное распределение температуры в атмосфере не бывает продолжительным.

И уж совсем редки случаи появления верхних и нижних миражей одновременно. Они носят название «фата-моргана» – по имени феи Морганы, живущей, по преданию, на морском дне и обманывающей путешественников призрачными видениями. Лучи в этом случае преломляются как в верхнем, так и в нижнем слоях воздуха. В итоге вы видите искаженную до неузнаваемости картину, принимая обыкновенный камень за небоскреб, а скалу – за средневековый замок. Фата-моргану можно наблюдать в низких широтах в непосредственной близости от морского берега.

Вот как описывает появление фата-морганы в своей повести «Черный монах» Антон Павлович Чехов: «Тысячу лет тому назад какой-то монах, одетый в черное, шел по пустыне, где-то в Сирии или Аравии… За несколько миль от того места, где он шел, рыбаки видели другого черного монаха, который медленно двигался по поверхности озера. Этот второй монах был мираж. Теперь забудьте все законы оптики, которых легенда, кажется, не признает, и слушайте дальше. От миража получился другой мираж, потом от другого третий, так что образ черного монаха стал без конца передаваться из одного слоя атмосферы в другой. Его видели то в Африке, то в Испании, то в Индии, то на Дальнем Севере...»

Еще одним весьма удивительным оптическим явлением является рефракция, которая возникает, наоборот, в высоких широтах, в приполярных регионах. Рефракция – не что иное, как преломление солнечных лучей в самой атмосфере. Это явление позволяет увидеть наше дневное светило даже тогда, когда оно зашло за горизонт. Или наоборот – еще до наступления зари. В этом случае преломление лучей словно приподнимает изображение солнца, и вы видите восход раньше его реального наступления. Дело тут все в том же: солнечный луч распространяется в воздухе не по прямой, а по выпуклой кривой линии.

Именно рефракцию в первый раз наблюдал голландский мореплаватель Виллем Баренц на Новой Земле зимой 1596-1597 годов. Этому явлению он дал название «эффект Новой Земли». И именно в связи с этим эффектом полярный день на полюсах может быть на 14 суток длиннее полярной ночи, хотя и дню, и ночи «положено» длиться здесь ровно полгода.

Замечательным и документально зафиксированным оптическим явлением считается, помимо прочего, так называемый брокенский призрак. Его еще называют горным призраком, который в действительности является не чем иным, как тенью наблюдателя на поверхности облаков (тумана) в направлении, противоположном солнцу. Тень может казаться наблюдателю очень большой и иногда окруженной цветными кольцами, она также способна «шевелиться» (порой совершенно неожиданно) из-за движения облачного слоя и колебания плотности в облаке. Брокенского призрака можно увидеть в горах во время тумана или облачности, или даже с борта самолета. Известность это явление приобрело благодаря пику Брокен, что в горах в Германии. Постоянные туманы и доступность малых высот позволяют видеть его очень часто.