Мираж: определение, виды и причины возникновения¶

Мираж — это оптическое явление, при котором наблюдатель видит отражённый образ удалённого объекта, расположенного ниже линии горизонта, либо кажущееся изображение неба на дороге, воспринимаемое как водная гладь. Возникает в результате преломления световых лучей в слоях воздуха с различной плотностью и температурой. Термин происходит от французского mirage (от латинского mirari — «удивляться»).

¶Физическая природа явления

В обычных условиях воздух имеет однородную плотность, и свет в нём распространяется практически по прямым линиям. Однако у земной поверхности воздух может сильно нагреваться, из-за чего его плотность убывает снизу вверх. В таких условиях преломляющий показатель воздуха (величина, определяющая скорость распространения света в среде) меняется по высоте. Луч, проходящий через слои с разной плотностью, неизбежно отклоняется — это и есть преломление.

Когда нижние слои воздуха горячие, а верхние — более холодные, световой луч, идущий от удалённого предмета к наблюдателю, постепенно загибается вниз. Наблюдатель, воспринимая свет как распространяющийся по прямой, «видит» изображение объекта ниже его реального положения, а иногда — зеркально перевёрнутым. Если отклонение достаточно велико, образ оказывается под линией горизонта и воспринимается как отражение в воде.

¶Основные виды миражей

¶Нижний мираж

Наиболее распространённый тип. Возникает над сильно нагретыми поверхностями — асфальтом, песком, пустынной равниной. Наблюдатель видит под объектом или на дороге «лужу воды», которая при приближении исчезает. Такой мираж называют также фата-морганой (от итал. fata morgana — «фата Моргана»).

¶Верхний мираж

Образуется, когда более холодный воздух расположен под тёплым. В этом случае лучи загибаются вверх, и удалённые объекты — например, корабли или береговая линия — кажутся поднятыми над горизонтом. Верхние миражи часто наблюдаются в полярных районах, где холодная поверхность льда охлаждает нижние слои атмосферы. Известны случаи, когда корабли, стоящие у побережья, становились видимы наблюдателям за сотни километров.

¶Сложный мираж (фата-моргана)

Наиболее сложный тип, при котором наблюдатель видит несколько наложенных друг на друга искажённых изображений одного объекта. Обычно возникает над морем в условиях сильного температурного градиента. Может создавать фантастические картины — например, видимость скал, островов или городов, которых в действительности нет.

¶Инфернальный мираж

Редкий тип, при котором объект виден над своим реальным положением, но не отражённый, а прямой образ. Возникает при сложном распределении температуры в атмосфере.

¶Условия возникновения

Для образования миража необходимо наличие:

• сильного перепада температур между слоями воздуха у поверхности и выше;
• ровной, однородной поверхности, способной сильно нагреваться (песок, лёд, асфальт);
• ясной погоды и хорошей видимости;
• отсутствия сильного ветра, перемешивающего слои воздуха.

Наиболее часто миражи наблюдаются в пустынях, над раскалёнными дорогами, над ледяными равнинами, а также над тёплым морем в холодное время года.

¶Исторические наблюдения

Миражи известны человечеству с древности. Уже в античных текстах описывались видимые над пустыней озёра и города. В эпоху Наполеоновских войн миражи в Египте неоднократно вводили в заблуждение солдат и офицеров, принимавших мираж за воду или за подкрепление.

В XIX веке миражи стали предметом научного изучения. Французский физик Франсуа Араго в 1818 году провёл первые систематические наблюдения и эксперименты по оптике атмосферы. В России изучением атмосферной оптики занимались учёные МГУ и Геофизической обсерватории.

¶Миражи в культуре

Миражи прочно вошли в культурные образы пустыни и моря. В русской литературе они встречаются у Льва Толстого (описания в «Хаджи-Мурате»), у Ивана Ефремова и других писателей. В кинематографе миражи традиционно используются как символ иллюзии и обмана чувств.

¶Отличие от других явлений

Мираж следует отличать от галлюцинаций (психического явления без внешнего раздражителя) и от метеорологических оптических явлений — например, от «белых ночей» или от северного сияния. Мираж — это всегда результат физического преломления света в атмосфере, и его можно сфотографировать.

Источники:

• Физическая энциклопедия, т. 3
• «Атмосферная оптика» — учебное пособие
• Энциклопедия Britannica, статья «Mirage»
• Араго Ф. «О метеорах, кометах, метеоритах и земных сияниях»