Мираж

За друге употребе, погледајте Мираж (вишезначна одредница).

Мираж (франц. mirage, од mirer < лат. mirari: чудити се) или мираж у атмосфери је оптичка појава која настаје због лома светлости у атмосфери, када раслојавање атмосфере није једнолико, па настаје тотално одбијање (рефлексија) светлости међу различито загрејаним слојевима атмосфере, те свијање зрака светлости. Због тога се на пример планине и острва чине као да су подигнути у висину и одвојени од површине Земље, предмети се виде искривљени, двоструки, троструки и друго. При доњем миражу је конкавна страна зрака светлости окренута према горе, а при горњем миражу према доле. Међу појаве миража убраја се и фатаморгана.

Слике приказују различите врсте миража које су снимљене на истом месту у току 6 минута. Најгорњи мањи оквир приказује доњи мираж на Фаралонским отрвима у близини Сан Франциска (Калифорнија, САД). Други оквир одозго приказује зелени бљесак. Два доња оквира и главни већи оквир приказују горњи мираж. Већи оквир уствари се може објаснити и као фатаморгана. Најгорња слика је фотографирана с нивоа мора, док су остале четири слике са висине од око 20 метара.

Мираж се појављује зато што хладан и топао ваздух одбијају (рефлектују) светлост под различитим угловима. Зраци светлости, док пролазе из хладног у топли ваздух и обрнуто, се савијају, док их људско око види као да долазе под равном линијом. Доњи мираж је онај код којег се слика чини да се налази испод објекта. Код горњег миража слика се чини као да се налази изнад објетка. Права фатаморгана се састоји од горњег и доњег миража, комбинује рефлексије од више извора и ствара сложену слику која се брзо измјењује, растеже и савија.

Доњи мираж у пустињи Мохаве у пролеће.

Путања светлосних зрака код зрцаљење према доље. Дијаграм с десне стране показује нададијабатски градијент температуре ваздуха уз површину Земље.

Путања светлосних зрака код зрцаљења према горе. Дијаграм с десне стране показује инверзију температуре ваздуха уз површину Земље.

Објашњење

Зрцаљења у атмосфери или миражи појављују се при неуобичајеним температурним приликама у атмосфери као последица несвакидашњих појава лома светлости. Осим предмета на тлу који се виде директно, опажа се и једна или неколико слика тих предмета (обрнутих или усправних). Зраци светлости долазе дакле са два пута у око: директно, као код обичног гледања, и након одбијања од једног слоја у атмосфери, који делује као огледало. Каткада се предмет, слика која се види, уопће не налази у видном пољу (скривен је испод обзора), а зраци светлости могу долазити на неколико начина у око.

Зрцаљења се у атмосфери појављује само онда када зрак светлости прелази из слоја веће у слој мање густине ваздуха, а угао упада је већи од угла тоталне рефлексије, то јест када је угао α већи од угла α', који је одређен изразом:

$\sin \alpha '={\frac {n_{2}}{n_{1}}}$

где су n₂ и n₁ индекси лома у гушћем, односно ређем слоју атмосфере. Будући да се вредности n₂ и n₁ мало разликују, то ће се вредности граничног угла мало разликовати од 90°. Чак при разлици температуре од 10 °Ц између слојева, угао α' биће већи од 89,5°, што значи да се миражи појављују само онда кад зраци светлости долазе од предмета готово водоравно, односно од предмета који се налазе у близини тла.

Мираж према доље

Мираж према доље или доњи мираж настаје кад су слојеви ваздуха сасвим уз површину веома загрејани, па густина ваздуха нагло расте с висином. Такве се прилике запажају над пустињским подручјима, бетонским и асфалтним површинама и цестама, кад Сунце веома загреје тло и најниже слојеве ваздуха уз тло, а нема ветра. Зраци светлости су тада савинути према доље па око проматрача, осим директне слике предмета, која се запажа испод њеног стварног положаја, због једноставне тоталне рефлексије, обично у близини обзора види и њену зрцалну (обрнуту) слику. Око проматрача, који се налази на невеликој висини над тлом (изнад прегрејаног слоја), види обично небо и предмете близу обзора како се зрцале на површини налик воденој (одраженом делу неба). Учинцима зрцаљења треба приписати појаву кад на пример на Јадрану удаљена острва изгледају као да су заједно са својим сликама подигнута (са рубовима попут леће), а то се јавља кад хладан ваздух продре и струји изнад релативно топлије водене површине.

Мираж према горе

Мираж према горе или горњи мираж настаје код врло великог пораста температуре с висином (барем 11,2 °Ц/100 м), пре свега зими кад се Земљина површина и слој ваздуха уз њу врло јако охлади. Зраци светлости који долазе у око проматрача савијени су према горе, па се предмети виде изнад стварног положаја. Јаке инверзије могу се појавити и на некој висини над тлом, пре свега изнад снежних површина у поларним пределима зими, али и изнад мора, пре свега у пролеће кад је још релативно хладно, а околна су подручја континента загрејана, па се топли ваздух с континента који струји изнад морске површине веома охлади у најдоњем слоју. Уз изравну слику (усправну) може се појавити и неколико обрнутих слика изнад ње. Величина и облик зависе од тога којим путем дође зрак светлости у око посматрача.

У атмосфери могу на граници између ниже лежећег хладног и топлијег горњег слоја настати такозвани унутрашњи гравитацијски таласи, код којих нагле промене густине могу постојати не само у вертикалном већ и водоравном смеру. Тотална рефлексија настаје при том на површини која свој нагиб према водоравној равни непрестано мења. У одређеним ситуацијама могу, дакле, настати градијенти густине и у водоравном смеру, који се према локалним струјањима на одређеном месту у атмосфери нагло мењају. Зато путања светлости може бити врло сложена. Предмети који се налазе испод обзора могу се видети посве промењеног облика и величине, и могу исчезавати да би се појавиле и слике других предмета. Призори, понекад фантастичних, неочекиваних и фасцинирајућих облика, који при том настају зову се фатаморгана, а познати су посебно у крајевима око Калабрије (Сицилија).

Разлике у густини ваздушних слојева у атмосфери могу настати и због топлотних (термичких) турбуленција, која доводи веће и мање ваздушне масе врло различитих температура у непрекидно, неуређено вертикално кретање (термика). Зрак светлости мења своју путању од тренутка до тренутка, па се предмети у околини опажају како трепере, а при екстремним условима чак се и обриси предмета посве губе. Светлећа небеска тела, па и удаљени земаљски тачкасти извори, ноћу мењају непрекидно своје привидно место на небу, те им више или мање истодобно јачају и слабе јачина (интензитет) и боја светлости. То се понекад назива и сцинтилација.

Фатаморгана

Главни чланак: Фатаморгана

Фатаморгана у геофизици (арап. sarab, serab или sirab) је оптичка појава у Земљиној атмосфери, врста миража у уздуху, због којег се причињава као да се у даљини виде предели и предмети. Узрок је преламање зрака светлости и потпуни мираж (тотална рефлексија) у различито угрејаним слојевима ваздуха. Фатаморгана се често види у пустињама и тропским крајевима (рефлексија светлости неба даје утисак језера које „бежи” како се приближавамо) и на мору (посебно у теснацу између Месине и Калабрије; према народном су се веровању приписивала деловању виле Моргане; легенду су на јужну Сицилију донели Нормани). Због истог узрока виде се предмети на мору (нпр. бродови) уздигнути (непреокренути).

Фатаморгане се најчешће јављају у поларним регионима, посебно над велимим леденим површинама са униформном ниском температуром, мада оне могу да буду уочене скоро било где. У поларним регионима, фатаморгана се може уочити током хладних дана; у пустињским областима и над океанима и језерима, фатаморгана може бити уочена током топлих дана. Да би дошло до фатаморгане, температура инверзије треба да буде довољно велика тако да је закривљење зрака светлости унутар инверзије јаче од закривљења Земље.

Зраци ће се савити и креирати лукове. Посматрач треба да буде унутар атмосферског слоја да би могао да види фатаморгану. Фатаморгански миражи се могу уочити са било које висине унутар Земљине атмосфере, укључујучи врхове планина или авионе.

Фатаморгана може да пређе из горњег у доњи мираж и назад у току неколико секунди, у зависности од константно променљивих атмосферских услова. Шеснаест оквира миража Фаралонских острва, која се уопште не могу видети на нивоу мора под нормалним условима јер су лоцирана испод хоризонта, је фотографисано истог дана. Првих четрнаест оквира садрже елементе фатаморганског приказа — алтернације компресованих и издужених зона. Задња два оквира су фотографисана неколико сати касније у време заласка Сунца. Ваздух је био хладнији док је океан вероватно био нешто топлији, што је произвело температурну инверзију на доле. Мираж је још увек био присутан, али није био толико комплексан као неколико сати пре сумрака, и више није кореспондирао фатаморгани већ приказу миража према горе.

Изобличења слике и савијање светлости могу произвести спектакуларне ефекте. У његовој књизи Потера: Гоњење и потапање „Бизмарка”, аутор Лудовик Кенеди описује један инцидент који се наводно догодио испод Денског мореуза током 1941. године, након потапања Хаубе. Бизмарк, кога су прогониле британске крстарице Норфок и Суфок, изашао је из видокруга у морску маглу. У току неколико секунди, брод се поново појавио идући према британским бродовима великом брзином. У аларму су се крстарице раздвојиле, очекујући неминовни напад, и посматрачи са оба брода запањено су проматрали како је немачки бојни брод лепршао, постајао све неразговетнији и избледео. Радарска осматрања током ових догађаја показала су да Бизмарк заправо није направио никакве промене курса.

Ноћни миражи

Услови за стварање миража могу се настати ноћу. Под већином околности, они не бивају уочени. Међутим, под неким околностим светла покреног возила, авиона, брода, зграда, итд. могу бити уочена ноћу мада, као што је то случај са дневним миражима, они не би требало да буду уочљиви. Овим су обухваћени миражи астрономских објеката.

Миражи астрономских објеката

Главни чланак: Миражи астрономских објеката

Мираж астрономског објеката је природни оптички феномен, у коме су светлосни зраци савијени тако да се формирају искривљене или вишеструке слике астрономског објекта. Миражи могу да буду уочени за астрономске објекте као што је Сунце, Месец, планете, светле звезде, и веома светле комете. Најчешће се запажају миражи заласка и изласка Сунца.

Зелени бљесак

Главни чланак: Зелени бљесак

Зелени бљесак је оптичка појава у атмосфери која настаје за време заласка или изласка Сунца ломом светлости на слојевима зрака различите густине, те траје неколико секунди. Угао лома зелене светлости мало је већи од угла лома црвене светлости, па је приликом изласка и заласка Сунца његов горњи руб зелене боје, а доњи црвене. Појава се може опажати на свим земљописним ширинама, али је за опажање потребна изузетно бистра атмосфера без влаге.

Слике

• 
  Водени мираж ("локва воде") усред врућег дана на цести је типичан пример доњег миража.
• 
  Горњи мираж на леденој површини.
• 
  Горњи мираж код заласка Сунца (Хаваји).
• 
  Разни прикази фатаморгане на острвима Фаралон, како се види из Сан Франциска.

Литература

• Лyнцх, Давид К.; Ливингстон, Wиллиам Цхарлес; Ливингстон, Wиллиам (2001-06-11). Цолор анд Лигхт ин Натуре. Цамбридге Университy Пресс. ИСБН 0-521-77504-3. 
• Лехн, Wалдемар Х.; ван дер Wерф, Сиебрен (2005). „Атмоспхериц рефрацтион: а хисторy”. Апплиед Оптицс. 44 (27): 5624—5636. Бибцоде:2005АпОпт..44.5624Л. ИССН 0003-6935. ПМИД 16201423. дои:10.1364/АО.44.005624. 
• Филиппенко, А. V. (1982). „Тхе импортанце оф атмоспхериц дифферентиал рефрацтион ин спецтропхотометрy”. Публ. Астрон. Соц. Пац. 94: 715—721. Бибцоде:1982ПАСП...94..715Ф. дои:10.1086/131052 . 
• Хотине, Мартин (1969), „Атмоспхериц Рефрацтион”, Матхематицал Геодесy, ЕССА Монограпх, 2, Wасхингтон, DC: У.С. Департмент оф Цоммерце, Енвиронментал Сциенце Сервицес Администратион, Бибцоде:1969маге.боок.....Х 
• Ненер, Бретт D.; Фоwкес, Невилле; Борредон, Лаурент (2003), „Аналyтицал модесл оф оптицал рефрацтион ин тхе тропоспхере”, Ј. Опт. Соц. Ам., 20 (5): 867—875, Бибцоде:2003ЈОСАА..20..867Н, ПМИД 12747434, С2ЦИД 21222910, дои:10.1364/ЈОСАА.20.000867 
• Тхомас, Мицхаел Е.; Јосепх, Рицхард I. (1996), „Астрономицал Рефрацтион” (ПДФ), Јохнс Хопкинс АПЛ Тецхницал Дигест, 17: 279—284 
• Wанг, Yу (20. 3. 1998), Белy, Пиерре Y; Брецкинридге, Јамес Б, ур., „Верy Хигх-Ресолутион Спаце Телесцопе Усинг тхе Еартх Атмоспхере ас тхе Објецтиве Ленс”, Спаце Телесцопес анд Инструментс V, Јет Пропулсион Лабораторy, 3356: 665, Бибцоде:1998СПИЕ.3356..665W, С2ЦИД 120030054, дои:10.1117/12.324434, хдл:2014/19082  ЦС1 одржавање: Формат датума (веза)
• Киппинг, Давид (18. 7. 2019), „Тхе "Террасцопе": Он тхе Поссибилитy оф Усинг тхе Еартх ас ан Атмоспхериц Ленс”, Публицатионс оф тхе Астрономицал Социетy оф тхе Пацифиц, Цолумбиа Университy, 131 (1005): 114503, Бибцоде:2019ПАСП..131к4503К, С2ЦИД 199064594, арXив:1908.00490 , дои:10.1088/1538-3873/аб33ц0 ЦС1 одржавање: Формат датума (веза)

Спољашње везе

• All kind of mirages explained
• China daily, rare mirage in Penglai
• The superior mirage
• The inferior mirage
• The highway mirage
• Fata Morgana Mirage from the Continental Divide Trail
• Боwлеy, Рогер (2009). „Мирагес”. Сиxтy Сyмболс. Брадy Харан фор тхе Университy оф Ноттингхам.