Когда появляются призраки

В прошлом все такие диковинные видения — порождение игры света в атмосфере — укрепляли веру в сверхъестественные силы, в потусторонний мир призраков. Люди верили, что мираж — это проделки духов воздуха. А когда в воздухе появлялась какая-то красивая фантастическая картина, думали, что видят отражение небесного рая.

Между тем для науки миражи уже давно не представляют загадки.

Вспомните, как спокойная вода, подобно зеркалу, отражает от себя изображения предметов. Лучи света, отраженные деревом, растущим на берегу пруда, попадают в глаз человека двумя путями: одни проходят прямо через воздух и мы видим изображение дерева, а другие отражаются от зеркальной поверхности пруда и также попадают в глаз человека, образуя второе, мнимое, перевернутое изображение дерева. Ведь наши глаза воспринимают изображение предметов всегда так, как будто от них идут прямолинейные лучи.

Таким же зеркальным отражением тел является и мираж. Только зеркалом здесь служит не стекло и не вода, а воздух. Но каким образом?

Мы привычно полагаем, что лучи света распространяются в воздухе прямолинейно. Но если говорить строго, это далеко не так. Ведь окружающий нас воздух неоднороден, он состоит из слоев различной плотности. А значит, в нем не может быть и прямолинейного распространения света. Таковы законы оптики. Понять их совсем не трудно.

...В стакан с водой опущена чайная ложка. На границе двух сред — воды и воздуха — она кажется изломанной. Почему? Причина — различная плотность воды и воздуха. Попадая из менее плотного воздуха в более плотную воду, световой луч по закону физики изменяет свой прямолинейный путь — он отклоняется при этом обязательно в сторону более плотной среды, в нашем случае — воды. Переходя, например, из стекла в воду, лучи света преломляются уже в сторону стекла, а не воды, так как стекло — более плотная среда.

Но какое отношение имеет свет к миражам? Самое непосредственное.

Проходя через атмосферу — другими словами, через слои различной плотности, — свет проходит, по существу, через различные среды. При этом каждый раз, когда световой луч из воздушного слоя одной плотности попадает в слой воздуха, плотность которого иная, он хотя немного, но преломляется, изменяет свой прямолинейный путь, подобно тому как это происходит на границе воздуха и воды.

Вспомните знакомую картину: в жаркий летний день все предметы на горизонте как бы дрожат, колышутся. Понятно, что на самом деле дрожат не предметы, а их изображения. Но что это означает? Лучи света, отраженные предметами и идущие к нашим глазам, беспрерывно изменяют свое направление. Другими словами, путь их совсем не прямолинеен.

Небольшие преломления световых лучей в атмосфере (рефракция) происходят всегда, исключая только один случай: когда лучи от небесного тела падают на земную поверхность отвесно. Благодаря рефракции мы видим небесные светила несколько выше, чем они находятся в действительности. Вечером мы видим солнце еще 5—10 минут после того, как оно в действительности уже уйдет за горизонт.

Точно так же и изображения всех далеких предметов мы видим немного выше и ближе в сравнении с их действительным положением.

Рефракция света в атмосфере Земли — явление обычное, повсеместное. И чаще всего мы ее попросту не замечаем: преломления лучей света незначительны, и они не смещают и не искажают изображения видимых предметов заметным образом. Но бывает и иначе.

Иногда лучи света отражаются от некоторых слоев воздуха, как от зеркала, и потому значительно искривляются. Так бывает, например, летом, когда солнце сильно нагревает земную поверхность. От земли согревается воздух, особенно его нижние слои. Они становятся менее плотными. Лучи света, идущие от каких-либо предметов к земле, отражаются от такого слоя, как от поверхности воды, идут вверх и попадают в глаз наблюдателя. Вот тогда-то мы и видим «озерный», или, как его еще называют, нижний, мираж.

Разберемся в нем подробнее.

...По нескончаемым холмистым пескам медленно движутся «корабли пустыни» — верблюды. Словно раскаленные в печи, пышут жаром песок и камни. Воздух недвижим. Небо затянуто красноватой мглой, в которой потонуло солнце и потерялся горизонт. Но вот впереди появляется большая блестящая поверхность. Набегающий ветерок рябит воду.

Озеро?

Нет, оптический обман. Воздушное зеркало здесь находится у поверхности земли (поэтому и мираж называют нижним).

От раскаленного песка здесь сильнее всего нагрет самый нижний слой воздуха, и потому он сильно разрежен. Воздух, лежащий выше, нагрет меньше, поэтому он более плотен.

Чаще всего так бывает в первую половину дня, когда воздух, прилегающий непосредственно к земле, уже прогрелся, а верхние слои еще холодные. Плотности воздуха в двух смежных слоях могут в этом случае сильно отличаться друг от друга. И вот в таких условиях где-то на горизонте перед караваном показывается озеро-призрак, а в действительности — отражение неба в нижнем атмосферном зеркале.