Mirajul Optic

Refractia terestra

Mirajul este un fenomen optic produs prin refractia treptata a razelor de lumina in straturile de aer cu densitati diferite (de exemplu, in straturile de aer din vecinatatea solului, atunci cand temperatura acestuia este diferita de aceea a atmosferei). Datorita mirajului, obiectele departate, aflate in apropierea orizontului, apar insotite de imaginea lor rasturnata. In general, apar doua tipuri de miraje. Cand straturile de aer inferioare sunt mai calde (de exemplu: la amiaza, in desert; de-a lungul unei sosele), imaginea rasturnata se afla sub obiect. Acesta este un miraj inferior.

Cand straturile de aer inferioare sunt mai reci (de exemplu: dimineata, in desert; pe marile de la latitudini mari), imaginea se vede deasupra obiectului. Acesta este mirajul superior. In acest caz, daca obiectul se afla sub linia orizontului, este posibil sa se vada numai imaginea lui.
Uneori, curbarea razelor in sus produce reflexii multiple pe straturi de aer atmosferic si se observa imagini ciudate, drepte si rasturnate, care variaza din clipa in clipa, in functie de distanta observatorului fata de obiect si de distributia temperaturii in atmosfera. Acest miraj este bine cunoscutul fata morgana.
Aparitia mirajului se explica foarte usor: indata ce privirea este indreptata asupra unui punct de pe suprafata Pamantului dincolo de o anumita limita, raza vizuala patrunde in straturile incalzite ale aerului (in care indicele de refractie se micsoreaza) sub un unghi suficient de inclinat pentru a suferi intr-un punct o reflexie totala. Efectul este identic cu asezarea unei oglinzi in acest punct: obiectul pare ca se imparte in doua: o parte superioara si una inferioara, rasturnata si identica cu prima.
Curbura suprafetei Pamantului si curbarea obisnuita a razelor exercita o mare influenta asupra mirajelor indepartate. Din cauza curburii suprafetei Pamantului, baza obiectelor indepartate ramane invizibila mai jos de o anumita "linie de disparitie". Intre aceasta "linie de disparitie" si linia "limita" situata ceva mai sus, se afla acea parte a obiectului care se vede reflectata.

Mirajul inferior

Aerul rece este mai dens decat aerul cald, de aceea se produce refractie la trecerea din aerul cald in aerul rece. Imaginea arata o raza de lumina care vine dinspre cer spre pamantul cald. Daca aerul aflat deasupra pamantului este mai cald decat cel de mai sus, raza de lumina se curbeaza concav pe traiectorie. Odata ce raza intra in campul vizual al privitorului, ochiul o receptioneza ca fiind linia orizontului, care reprezinta tangenta curburii pe care o ia raza de lumina in momentul in care intalneste ochiul. Rezultatul este un miraj inferior deoarece cerul de deasupra se observa pe pamant. Privitorul poate interpreta incorect aceasta viziune ca o apa in care se reflecta cerul.
In conditii normale, aerul din atmosfera se raceste cu un 1 grad Celsius la 100 de metri diferenta (pe masura ce urcam). Pentru ca mirajul sa se produca, gradientul temperaturii trebuie sa fie mult mai mare. Conform lui Minnaert, marimea gradientului trebuie sa fie de cel putin 2°C/m, iar mirajul nu se va intensifica pana cand marimea nu atinge 4 sau 5°C/m. Aceste conditii pot sa apara acolo unde are loc o incalzire puternica la nivelul pamantului, de exemplu cand soarele incalzeste nisipul sau asfaltul.

Imaginile de mai sus reprezinta exemple de miraj inferior. Obiectul real este cerul (albastru) sau orice alt obiect indepartat aflat in acea directie, insemnand ca noi vedem un petic luminos de culoarea cerului in care par sa se reflecte obiectele apropiate. Pentru calatorii obositi in desert, el apare ca apa dintr-o oaza. Pe drumurile asfaltate, fenomenul poate sa apara ca o apa sau chiar ulei pe portiuni disparate. Acesta este numit mirajul al desertului si, respectiv, mirajul pe autostrada. A se lua in considerare ca nisipul si asfaltul pot deveni foarte fierbinti cand sunt expuse la soare, atingandu-se cu usurinta o temperatura cu 10°C mai mult decat temperatura aerului, la un centimetru deasupra, destul pentru ca sa produca mirajul.
Razele de lumina care vin de la un obiect aflat la o anumita distanta trec toate prin acelasi strat de aer si sunt inclinate toate sub acelasi unghi. De aceea, razele care vin de deasupra obiectului vor ajunge mai jos decat cele de sub obiect. De obicei, imaginea este inversata, formand iluzia ca imaginea cerului vazut de la distanta este chiar un lac sau o baltoaca de ulei care se comporta ca o oglinda.
Mirajele inferioare nu sunt stabile. Aerul cald se ridica, iar cel mai rece (fiind mai dens) coboara, astfel incat straturile se vor amesteca, creand turbulente. Imaginea va fi deformata. Poate sa vibreze, poate sa se extinda vertical (inalt) sau orizontal (aplecat). Daca sunt mai multe straturi de temperatura, cateva miraje se pot combina, putand cauza chiar imagine dubla. In orice caz, mirajele nu se intind pe mai mult de o jumatate...