Явища, пов'язані із заломленням світла

Міраж

Деякі види міражів. З більшого різноманіття міражів виділимо декілька видів: “озерні” міражі, звані також нижніми міражами, верхні міражі, подвійні і потрійні міражі, міражі наддалекого бачення.

Нижні (“озерні”) міражі виникають над сильно нагрітою поверхнею. Верхні міражі виникають, навпаки, над сильно охолодженою поверхнею, наприклад над холодною водою. Якщо нижні міражі спостерігають, як правило, в пустелях і степах, то верхні спостерігають в північних широтах.

Верхні міражі відрізняються різноманітністю. У одних випадках вони дають пряме зображення, в інших випадках в повітрі з'являється перевернене зображення. Міражі можуть бути подвійними, коли спостерігаються два зображення, просте і перевернене. Ці зображення можуть бути розділені смугою повітря (одне може опинитися над лінією горизонту, інше під нею), але можуть безпосередньо змикатися один з одним. Іноді виникає ще одне - третє зображення.

Особливо дивовижні міражі наддалекого бачення. К. Фламмарион в своїй книзі “Атмосфера” описує приклад подібного міражу: “Спираючись на свідоцтва декількох осіб, я можу повідомити про міраж, який бачили в місті Верв’ю (Бельгія) в червні 1815 р. Одного разу вранці жителі міста побачили в небі військо, і так ясно, що можна було розрізнити костюми артилеристів і навіть, наприклад, гармату із зламаним колесом, яке ось-ось відвалиться. Це було ранок битви при Ватерлоо!” Описаний міраж зображений у вигляді кольорової акварелі одним з очевидців. Відстань від Ватерлоо до Верв’ю по прямій лінії складає більш 100км. Відомі випадки, коли подібні міражі спостерігалися і на великих відстанях – до 1000км. “Летючого голландця” слід віднести саме до таких міражів.

Пояснення нижнього (“озерного”) міражу. Якщо повітря у самої поверхні землі сильно нагріте і, отже, його щільність відносно мала, то показник заломлення у поверхні буде менший, ніж у вищих повітряних шарах. Зміна показника заломлення повітря n з висотою h поблизу земної поверхні. Відповідно до встановленого правила, світлові промені поблизу поверхні землі в даному випадку згинатимуться так, щоб їх траєкторія була обернена опуклістю вниз. Світловий промінь від деякої ділянки блакитного неба потрапить в око спостерігача, випробувавши вказане викривлення. А це означає, що спостерігач побачить відповідну ділянку небозводу не над лінією горизонту, а нижче за неї. Йому здаватиметься, що він бачить воду, хоча насправді перед ним зображення блакитного неба. Якщо уявити собі, що у лінії горизонту знаходяться горби, пальми або інші об'єкти, то спостерігач побачить і їх переверненими, завдяки відміченому викривленню променів, і сприйме як віддзеркалення відповідних об'єктів в неіснуючій воді. Так виникає ілюзія, що є “озерним” міражем.

Прості верхні міражі. Можна припустити, що повітря у самої поверхні землі або води не нагріте, а, навпаки, помітно охолоджений в порівнянні з вищими повітряними шарами. Світлові промені в даному випадку згинаються так, що їх траєкторія обернена опуклістю вгору. Тому тепер спостерігач може бачити об'єкти, приховані від нього за горизонтом, причому він бачитиме їх такими, що вгорі як би висять над лінією горизонту. Тому такі міражі називають верхніми.

Верхній міраж може давати як пряме, так і перевернене зображення. Показане на малюнку пряме зображення виникає, коли показник заломлення повітря зменшується з висотою відносно поволі. При швидкому зменшенні показника заломлення утворюється перевернене зображення. У цьому можна переконається, розглянувши гіпотетичний випадок – показник заломлення на деякій висоті зменшується стрибком. Промені об'єкту, перш ніж потрапити до спостерігача випробовують повне внутрішнє віддзеркалення від межі, нижче за яку в даному випадку знаходиться щільніше повітря. Видно, що верхній міраж дає перевернене зображення об'єкту. Насправді немає стрибкоподібної межі між шарами повітря, перехід здійснюється поступово. Але якщо він здійснюється достатньо різко, то верхній міраж дасть перевернене зображення.

Подвійні і потрійні міражі. Якщо показник заломлення повітря змінюється спочатку швидко, а потім поволі, то в цьому випадку промені скривлюватимуться швидше. В результаті виникають два зображення.

Щоб зрозуміти як з'являється потрійний міраж, потрібно представити три послідовний повітряні області: перша (у самої поверхні), де показник заломлення зменшується з висотою поволі, наступна, де показник заломлення зменшується швидко, і третя область, де показник заломлення знову зменшується поволі.. Промені 1 формують нижнє зображення об'єкту, вони розповсюджуються в межах повітряної області I. Промені 2 формують перевернене зображення; потрапляю в повітряну область II, ці промені випробовують сильне викривлення. Промені 3 формують верхнє пряме зображення об'єкту.

Міраж наддалекого бачення. Природа цих міражів вивчена найменше. Ясно, що атмосфера повинна бути прозорою, вільною від водяної пари і забруднень. Але цього мало. Повинен утворитися стійкий шар охолодженого повітря на деякій висоті над поверхнею землі. Нижче і вище за цей шар повітря повинне бути теплішим. Світловий промінь, що потрапив всередину щільного холодного шару повітря, як би “замкнутим” усередині нього і розповсюджується в нім. Траєкторія весь час обернена опуклістю убік менш щільних областей повітря.

Виникнення наддалеких міражів можна пояснити розповсюдженням променів усередині “світловодів”, які іноді створює природа.

Почитайте ще на сторінці https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D1%80%D0%B0%D0%B6

Використані джерела: https://works.doklad.ru/view/bQ3hDV_Ksds/all.html
https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Farallon_Islands_at_inferior_mirage_no_mirage_and_superior_mirage.jpg