Загадка появления миражей

Говоря о миражах, люди обычно имеют в виду таинственные видения тропических оазисов, которые внезапно появляются перед страждущим путников посреди раскаленной пустыни. Но стоит обрадованному страннику кинуться к ним, увы ? они так же бесследно исчезают.

Разумеется, к действительности такие киношные фантазии отношения не имеют, но сами миражи существуют на самом деле. Например, проезжая по автостраде, можно увидеть на дороге лужи и водоемы, которые бесследно исчезают, стоит подъехать поближе.

Давайте же разберемся, какие законы природы приводят к появлению столь причудливых феноменов ? несуществующих водоемов и летучих кораблей.

^{©Joe Orman}

Преломление света в воздухе

Одно из основных оптических свойств воды ? она подобно зеркалу отражает предметы, находящиеся над водоемом. Поэтому, заметив вдалеке не только объект, скажем дерево, но и его отражение, можно прийти к выводу, что перед нами озеро или речка.

Однако, если при более близком рассмотрении водоем «исчезнет», значит мы стали свидетелями обыкновенного миража ? явления, вызванного рефракцией света, т. е. преломлением световых лучей.

Свет преломляется при переходе из одной среды в другую: из воздуха в воду, или же из более холодного воздушного потока ? в более теплый. На первый взгляд это может показаться странным, хотя на самом деле все очень просто.

Представьте себе, что вы толкаете перед собой тележку по асфальтовой дорожке. При приложении постоянной силы, скорость тележки зависит только от сопротивления среды, в данном случае ? асфальтового покрытия (сопротивлением воздуха мы пренебрегаем).

Что произойдет, если дорожка вдруг кончится, и мы продолжим свой путь по газону? Сила сопротивления травы несколько выше, поэтому движение тележки замедлится. Теперь допустим, мы перешли с асфальта на газон под острым углом.

Правое колесо тележки окажется на траве и замедлит свой ход, в то время как левое все еще будет двигаться по асфальту с той же скоростью. Из-за разности скоростей тележка автоматически развернется направо, без всякого вмешательства с нашей стороны. Такой же эффект произойдет, если перейти с газона назад, на траву.

^{©HowStuffWorks}

То же самое и со световыми лучами. Скорость света зависит от среды, в которой он распространяется. Максимального значения ? примерно 300 000 км/с ? скорость света достигает в вакууме, где материя не замедляет фотоны.

А вот через земную атмосферу, а тем более через воду, фотоны проносятся намного медленнее. Переходя из одной среды в другую под острым углом, одна часть световой волны на мгновение движется быстрее другой, и световой луч изменяет направление, преломляется.

Образование миражей

Из-за разности температур соседние слои воздуха могут обладать различной плотностью, причем переход зачастую довольно резкий. Такое случается обычно в жаркие летние дни, когда раскаленный асфальт сильно нагревает слой воздуха, находящийся непосредственно над ним.

Световые лучи при внезапном переходе из теплого воздуха в раскаленный ? разница может достигать десятки градусов ? преломляются, создавая миражи.

Обычно отражаясь от какого-либо объекта солнечный свет рассеивается во все стороны. Достигая наших глаз, отраженный свет позволяет нам увидеть собственно сам объект. В нормальный, не слишком жаркий день, на автостраде мы видим лишь впереди едущий автомобиль.

В солнечный же день, из-за раскаленного асфальта, плотность воздуха над дорогой уменьшится, и лучи света, переходя из более плотной, холодной атмосферы, преломятся в нижнем слое воздушной среды прямо над автострадой. В этом можно убедиться, посмотрев на следующую диаграмму, при этом возникнет любопытный эффект.

^{©HowStuffWorks}

Часть световой волны первой пройдет через слои воздуха с различной плотностью и при этом ускорится на мгновение раньше оставшейся части. Лучи, которые обычно падают прямо на дорогу, при этом преломятся и направятся к глазам наблюдателя.

В результате тот увидит автомобиль сдвоенным ? в глаз попадут отраженные лучи от самого автомобиля и от нижнего слоя раскаленного воздуха, в районе его колес. При этом нижние лучи преломляются под большим углом, и наблюдателю кажется, что он видит перед собой отражение машины.

Мозг при этом обрабатывает полученную визуальную информацию как обычно, т. е. воспринимает отраженные лучи как реальный объект, например, как водяную лужу под колесами машины.

Такой мираж называется нижним, поскольку он появляется ниже линии горизонта.

Летучие корабли

Есть и другой тип миражей, верхний, который формируется над земной поверхностью. Они встречаются обычно при очень низких температурах, например, над замерзшими озерами.

При этом нижний атмосферный слой оказывается холоднее верхнего, интенсивно отдавая тепло ледяной поверхности.

Тогда, например, можно вдруг увидеть высоко в воздухе летающий корабль или часть ландшафта. На самом же деле мы видим лишь отражение, созданное преломленными лучами света. Из-за искажения солнечных лучей такие объекты могут казаться значительно больше, чем на самом деле.