28.02.2014
Редакция Naked Science

Загадка появления миражей

Тайна миражей издавна привлекала внимание путников, наводя на них суеверный ужас. В самом деле, как можно объяснить внезапно появляющиеся озера посреди пустыни или летающие в воздухе корабли? На самом деле речь идет об интересном физическом явлении, которое мы попытаемся доступно объяснить.  

2
©Wikipedia

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. 

 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
15 октября
Илья Ведмеденко

Компания General Dynamics Land Systems представила макет наземного робота TRX, который выступит носителем беспилотников-камикадзе. Помимо них, он получил квадрокоптер.

Позавчера, 10:39
Александр Березин

Когда полвека назад гибель динозавров объяснили падением астероида, это вызвало массовое неприятие, длившееся десятилетия. Открытие кометы, взрыв которой принес тысячелетнее похолодание в начале голоцена, привело к спорам в научной среде, которые идут до сих пор. Теперь множеству атак подверглось и открытие астероида, уничтожившего Содом. Отчего многим исследователям так трудно поверить в астероидные взрывы и о каких узких местах в современной науке это может говорить?

15 октября
Ольга Иванова

Международная группа ученых пришла к выводу, что употребление жирных кислот, содержащихся в орехах, семенах, сое и растительном масле, снижает риск смерти от всех причин, в том числе от сердечно-сосудистых заболеваний.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

15 октября
Илья Ведмеденко

Компания General Dynamics Land Systems представила макет наземного робота TRX, который выступит носителем беспилотников-камикадзе. Помимо них, он получил квадрокоптер.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

22 сентября
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: