мираж4Каждый из нас может увидеть такое оптическое явление, как мираж. И для этого совсем не обязательно находиться в пустыне. Наверняка, хоть однажды, вам приходилось наблюдать голубое озерцо на раскалённом шоссе. А если в жаркий летний день встать на железнодорожное полотно или холмик над ним, когда солнце находится немного сбоку, или сбоку и чуть впереди железнодорожного пути, то можно разглядеть, как рельсы в 2 — 3-х километрах от вас как будто погружаются в искрящееся озеро, словно пути залило наводнением. Попробуйте приблизиться к «озеру» — оно отодвинется, и сколько бы вы ни шли по направлению к нему, оно неизменно будет находиться в 2 — 3-х километрах. Такие «озерные» миражи доводили до отчаяния путников пустыни, изнывавших от зноя и жажды. Они также видели в 2-3 километрах вожделенную воду, брели к ней из последних сил, но вода отступала, а потом точно растворялась в воздухе.

Мираж — это оптическое явление в атмосфере: отражение света границей между слоями воздуха разными по плотности. Для наблюдателя такое отражение заключается в том, что вместе с отдалённым объектом (или участком неба) видно его мнимое изображение, смещённое относительно предмета.

миражФизика явления заключается в том, что в неоднородной среде свет распространяется непрямолинейно. Если мы представим себе среду, в которой показатель преломления изменяется снизу вверх, и мысленно разобьем ее на тонкие горизонтальные слои, то, рассматривая условия преломления света при переходе от слоя к слою, заметим, что в такой среде луч света должен постепенно изменять свое направление. Такое искривление световой луч претерпевает в атмосфере, в которой по тем или иным причинам, показатель преломления воздуха изменяется с высотой. Главным образом это происходит благодаря ее неравномерному нагреванию. Поэтому лучи, идущие сквозь атмосферу, искривляются, пригибаясь к Земле. Это явление получило название нормальной атмосферной рефракции. Вследствие рефракции небесные светила кажутся нам несколько «приподнятыми» (выше своей истинной высоты) над горизонтом.

Миражи делят на нижние, — видимые под объектом, верхние, — над объектом, и боковые.

мираж12Нижний мираж наблюдается при очень большом вертикальном градиенте температуры ( то есть падении её с высотой) над перегретой ровной поверхностью, часто пустыней или асфальтированной дорогой. Мнимое изображение неба создаёт при этом иллюзию воды на поверхности. Так, уходящая вдаль дорога в жаркий летний день кажется мокрой. Если воздух у самой поверхности земли сильно нагрет и, следовательно, его плотность относительно мала, то показатель преломления у поверхности будет меньше, чем в более высоких воздушных слоях. Световой луч от некоторого участка голубого неба попадает в глаз наблюдателя, испытав искривление. А это означает, что наблюдатель увидит соответствующий участок небосвода не над линией горизонта, а ниже ее. Ему будет казаться, что он видит воду, хотя на самом деле перед ним изображение голубого неба. Дрожание изображения, обусловленной колебаниями коэффициента преломления горячего воздуха, создает иллюзию течения или волнения воды. Так возникает иллюзия, представляющая собой нижний, «озерный» мираж. Ниже уровня глаз в этой «воде» могут появиться объекты, обычно перевернутые. Над нагретой поверхностью суши формируется «воздушный слоеный пирог», причем ближайший к земле слой — самый нагретый и настолько разрежен, что световые волны, проходя через него, искажаются, так как скорость их распространения меняется в зависимости от плотности среды.

Верхний мираж наблюдается над холодной земной поверхностью при инверсионном распределении температуры ( то есть когда температура воздуха понижается с повышением высоты).

мираж7Верхние миражи случаются в целом реже, чем нижние, но чаще всего бывают более стабильными, поскольку холодный воздух не имеет тенденцию двигаться вверх, а теплый вниз. Верхние миражи являются наиболее распространенными в полярных регионах, особенно на больших ровных льдинах со стабильной низкой температурой. Они также наблюдаются в более умеренных широтах, хотя в этих случаях, они слабее, менее четкие и стабильные. Верхний мираж может быть прямым или перевернутым, в зависимости от расстояния до истинного объекта и градиента температуры. Часто изображение выглядит как фрагментарная мозаика прямых и перевернутых частей. Верхние миражи могут иметь поразительный эффект за счет кривизны Земли. Если изгиб лучей примерно такой же, как кривизна Земли, лучи света могут перемещаться на большие расстояния, в результате чего наблюдатель видит объекты, находящиеся далеко за горизонтом. Когда миражи возникают на суше, деревья и другие компоненты ландшафта перевернуты. Во всех случаях в верхних миражах объекты видны более отчетливо, чем в нижних. Особенно сильно эффект проявляется над полярными морями. Морякам не раз приходилось видеть, как за много миль от них самолеты и подлодки торпедировали суда, наблюдать страшные сцены взрыва. Гибнущие суда плыли мачтами вниз и погружались не в море, а в небо… На земном шаре есть такие места, где перед наступлением вечера можно наблюдать горы, поднимающиеся над океанским горизонтом. Это действительно горы, только они находятся так далеко, что их нельзя видеть в нормальных условиях. В этих таинственных местах вскоре после полудня на горизонте начинает возникать расплывчатый контур гор. Он постепенно растет и перед заходом солнца быстро становится резким, отчетливым, так что можно даже различить отдельные вершины.

мираж6Самые захватывающие из верхних миражей- это знаменитые города-призраки. Они интересны тем, что обычно представляют собой изображения объектов – городов, гор, островов – которые находятся за много тысяч километров.

О существовании бокового миража обычно даже не подозревают. Это — отражение от нагретой отвесной стены. В знойные летние дни если обратить внимание на накалившиеся стены больших зданий, можно увидеть боковой мираж. В горах очень редко, при стечении определённых условий, можно увидеть «искажённого себя» на довольно близком расстоянии. Объясняется это явление наличием в воздухе «стоячих» паров воды. Сильно нагретые скалы вызывают такое воздушное разрежение вокруг себя, что лучи, отразившиеся от наблюдателя и направленные к скалам, искривляются возле них настолько, что подобно бумерангу возвращаются назад. Изображения в боковых миражах почти всегда по размерам равны отражающимся предметам, но могут двоиться, троиться и так далее. Может быть, и знаменитые призраки, которые облюбовали некоторые замки, возникают благодаря боковым миражам? Зимой, как известно, промозглые отсыревшие стены нужно усиленно протапливать. Камни, из которых сложены печи, раскаляются значительно больше, чем валуны под полуденным солнцем. Ну а высокие сводчатые потолки позволяют лучу совершить петлю и вернуться к наблюдателю.

мираж11Сложные явления миража с резким искажением вида предметов носят название Фата-моргана. Это — редко встречающееся сложное оптическое явление в атмосфере, состоящее из нескольких форм миражей, при котором отдалённые объекты видны многократно и с разнообразными искажениями.

Фата-моргана возникает в тех случаях, когда в нижних слоях атмосферы образуется (обычно вследствие разницы температур) несколько чередующихся слоёв воздуха различной плотности, способных давать зеркальные отражения. В результате отражения, а также и преломления лучей, реально существующие объекты дают на горизонте или над ним по нескольку искажённых изображений, частично накладывающихся друг на друга и быстро меняющихся во времени, что и создаёт причудливую картину Фата-морганы.

Итак, мы видим, что хотя миражи принято ассоциировать с пустынями, их очень часто можно наблюдать и в других местах: над водной поверхностью, в горах, а иногда даже в крупных городах. Другими словами везде, где возникает резкие изменения температур, можно наблюдать эти сказочные картинки.

мираж10Как бы ни было распространено данное явление, изучать его довольно сложно. Мираж не появляется по заказу и никто не знает где и когда он появится, каков он будет и сколько проживет.

Несмотря на то, что мираж такое ускользающее и непредсказуемое явление, его удалось приручить. Ученые научились получать миражи в лабораторных условиях. И этому явлению нашлось очень широкое применение в современной жизни. Оптические приборы традиционного типа основаны на прямолинейном распространении света. А есть и класс оптических приборов (их называют градиентной оптикой), который основан на криволинейном распространении света в среде с меняющимся по определенному закону показателем преломления. Хотя о таких оптических приборах мало кто слышал, область их применения огромна. Через всю территорию нашей страны тянутся мощнейшие волоконно-оптические линии связи, способные одновременно передавать тысячи телевизионных каналов, а также обеспечивать телефонную связь, интернет и многое другое. Они относятся к градиентной оптике и работают на принципе миража в твердом теле. Миллионы лазерных принтеров радуют наш глаз отличным качеством печати. Но и они были бы невозможны без градиентной оптики. Сверхмощные лазеры при своей работе разрушают оптическую систему из обычных стеклянных линз. Выход из положения — линзы газовые, представители класса приборов градиентной оптики, прирученный мираж в чистом виде.

Источники:

http://knowledge.allbest.ru

http://ru.wikipedia.org

http://www.pereplet.ru

http://ournetlife.ru

Рейтинг@Mail.ru