Мираж как оптическое явление¶

Мираж — оптическое явление в атмосфере, при котором световые лучи, распространяясь в слоях воздуха с разной температурой и плотностью, испытывают аномальное преломление и полное внутреннее отражение, в результате чего в поле зрения появляются мнимые изображения объектов, смещённые относительно их истинного положения. Миражи относятся к классу атмосферных оптических явлений наряду с радугой, гало и венцами, но, в отличие от них, обусловлены главным образом рефракцией света в приземных слоях воздуха.

¶Физическая природа

Основой миража служит искривление светового луча в среде с вертикальным градиентом показателя преломления. Холодный воздух плотнее и оптически «тяжелее» тёплого: его показатель преломления выше. Когда свет проходит через границу слоёв с разной температурой, он отклоняется от прямолинейного пути. При достаточно резком перепаде плотности на границе раздела возникает полное внутреннее отражение, и луч возвращается к наблюдателю, как от зеркала.

Ключевое условие — значительный вертикальный градиент температуры: обычно порядка нескольких градусов на метр вблизи нагретой поверхности или над холодной водой. Чем резче градиент, тем сильнее искривление и тем заметнее эффект. Турбулентность и ветер размывают градиент, поэтому устойчивые миражи чаще наблюдаются в штиль.

¶Виды миражей

Различают два основных типа, определяемых знаком градиента температуры.

• Нижний (низкий) мираж. Возникает над сильно нагретой поверхностью — асфальтом, песком пустыни, степью. Нижний слой воздуха горячее верхнего, лучи загибаются вверх, и изображение удалённого объекта (например, неба или водоёма) проецируется вниз, под истинным положением объекта. Классический пример — «озёра» на шоссе в жаркий день и «водная гладь» в пустыне.
• Верхний мираж. Наблюдается над холодной поверхностью (море, лёд, холодная вода), когда воздух у поверхности холоднее вышележащих слоёв. Лучи загибаются вниз, и изображение объекта смещается вверх, иногда многократно. Так возникают «парящие» в воздухе корабли и острова, «летучие голландцы».
• Боковой мираж. Редкая форма, при которой искривление происходит в горизонтальной плоскости у сильно нагретых вертикальных поверхностей (например, стен). Изображение смещается вбок.
• Фата-моргана. Сложный комплексный мираж, при котором изображение объекта многократно искажается и накладывается, образуя причудливые, быстро меняющиеся картины. Назван по имени персонажа легенд о фее Моргане; типичен для Мессинского пролива.

¶Условия наблюдения

Миражи чаще всего фиксируются в пустынях, над нагретыми дорогами, над большими водными пространствами и в полярных областях. В полярных широтах верхние миражи нередко сочетаются с рефракционным поднятием далёких объектов, позволяя видеть предметы, находящиеся за горизонтом. Наблюдаемость зависит от состояния атмосферы: температурной стратификации, влажности, наличия инверсий.

¶Значение и применение

Помимо научного интереса, миражи имеют практическое значение. В мореплавании и авиации они могут вводить в заблуждение, искажая видимое положение берегов, судов и ориентиров, что учитывается в навигации. В метеорологии анализ рефракционных явлений помогает изучать строение приземного слоя атмосферы. В геодезии и астрономии аномальная рефракция вносит поправки в измерения. Миражи также широко представлены в культуре — от легенд о кораблях-призраках до литературных метафор.

¶Заблуждения

Распространено ошибочное представление, будто мираж — это «оптическая иллюзия» или галлюцинация. В действительности это реальное физическое явление, изображение формируется объективными законами распространения света и может быть зафиксировано фото- и видеосъёмкой. Неверно и отождествление миража с обманом зрения, вызванным усталостью или внушением.