Миражи

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

Можно ли эти чудеса из гоголевской рассказа отнести в разряд, беспредметной, безудержной фантастики? Оказывается, нет. Что бы ни имел ввиду сам сказочник, загримированный под старого пасечника Рудою Панька, «неслыханное чудо» вписанное в «Страшной мести» очень похоже на вполне реальные атмосферное явление — миражи (иначе марево, фата-моргана). Миражи могут принимать самые разнообразные формы; в отличие от галлюцинаций или обманов зрения они вполне реальны, их видит не один человек, а все собравшиеся, больше того, их бывает возможно сфотографировать.

Прежде чем говорить о причинах, вызывающих миражи, я позволю себе напомнить вам суть двух известных физических закономерностей.

Световой луч, переходящий из менее плотной среды в более плотную, пролегает в этой последней всегда ближе к перпендикуляру, опущенному на разделительную поверхность. Если плотность (или показатель преломления) изменяется не скачком, а постепенно убывая или возрастая, то по той же причине путь светового луча искривляется и при этом бывает всегда обращен вогнутой стороной к более плотным слоям среды.

Если луч, который первоначально шел, удаляясь от более плотных слоев в сторону разреженных, имеет перед собой достаточно долгий путь, то он может искривиться настолько, что повернет обратно, в более плотную сторону, как бы отражаясь от очередного разреженного слоя. Это разновидность явления, известного под названием полного внутреннего отражения.

Второе краткое напоминание, которое нужно здесь сделать, — показатель преломления атмосферного воздуха возрастает с повышением его плотности и с понижением температуры. Поэтому в воздухе световой луч всегда искривляется в сторону более холодных и плотных слоев; этим объясняется, скажем сразу, так называемая нормальная атмосферная рефракция (преломление светового луча), о чем еще будет речь дальше.

Эти два коротеньких замечания помогут нам теперь разобраться в причинах и закономерностях атмосферных миражей, Я говорю «миражей» — во множественном числе — потому, что эти явления как по форме, так и по причинам, вызывающим их, чрезвычайно разнообразны. В самом грубом подразделении можно разбить встречаемые в природе миражи на три класса.

Наиболее простые по своему происхождению миражи — это те, которые вызывают больше всего горьких разочарований, а порой доводят и до отчаяния путников в пустыне. Изнывающие от зноя и жажды люди вдруг видят в 2—3 километрах от себя большое, искрящееся солнечными бликами озеро. Они сворачивают с пути, устремляются к нему, но, увы, озеро начинает отступать, все время сохраняя 2—3-километровую дистанцию от путников, и в какой-то момент растворяется в воздухе и исчезает.

Французский математик Гаспар Монж, участвовавший в египетской кампании 1798 года, так описал свои впечатления от миража этого класса: «Когда поверхность земли сильно накалена солнцем и только-только начинает остывать перед началом сумерек, знакомая местность больше не простирается до видимого горизонта, как днем, а переходит, как кажется, примерно в одном лье в сплошное наводнение. Деревни, расположенные дальше, выглядят словно острова среди обширною озера. Под каждой деревней — ее опрокинутое отражение, только оно нерезкое, мелких деталей не видно, как отражение в воде, колеблемой ветром.

Если станешь приближаться к деревне, которая кажется окруженной наводнением, берег мнимой воды все удаляется, водный рукав, отделявший нас от деревни, постепенно суживается, пока не исчезнет совсем, а озеро, по виду все такое же, теперь начинается за этой деревней, отражая в себе деревни, расположенные дальше».

Для того, чтобы своими глазами увидеть этот много раз описывавшийся феномен, вовсе нет надобности ехать в Сахару. Его можно наблюдать каждый, даже в наших краях как много раз наблюдал и я.

В жаркий летний день встаньте на железнодорожное полотно или невысоко над ним. Солнце должно находиться сбоку или сбоку и немного впереди относительно направления железнодорожного пути, вдоль которого устремлен ваш взор. При благоприятствующей погоде вы увидите, что в 2—3 километрах от вас рельсы «впадают» в блестящее искрящееся озеро так, словно пути залило наводнением. Не пробуйте подойти к этому озеру поближе: оно начнет отступать от вас (доколе будет позволять прямизна пути) и не подпустит вас ближе все той же непреоборимой дистанции в 2—3 километра. Произойдет все то же самое, что с Монжем в Сахаре.

Мне довелось очень ярким увидеть этот же вид миража на Турксибе, в районе севернее озера Балхаш. Был летний знойный день. В 2—3 километрах от нашего поезда то возникали, то двоились, потом исчезали в одном месте и появлялись в другом огромные сверкающие озера. Они «сопровождали» нас на протяжении многих километров. Происхождение миражей этого класса (назовем их «озерными») чрезвычайно просто. Лучи солнца накаляют почву, а в нашем примере рельсы и черный балласт полотна, от них нагревается нижний слой воздуха, этот нагревшийся воздух, разумеется, утекает вверх, немедленно заменяясь новым, который тоже накаляется и подымается вверх…

Если вспомнить правило, по которому световые лучи всегда искривляются от теплых слоев в сторону более холодных, то легко понять, что лучи от светлого неба близ горизонта, направляющиеся вниз к полотну, загибаются над ним кверху и приходят в наш глаз наклонно, как бы отражаясь от чего-то над самым полотном (это и есть случай полного внутреннего отражения от горячего воздуха). Трепетание лучей, происходящее от колебаний поднимающихся потоков воздуха, создает полную иллюзию водной поверхности, искрящейся под ветром и солнцем.

Второй класс миражей, к которому мы теперь перейдем, не сложнее первого по условиям своего происхождения, но дает гораздо более разнообразные и впечатляющие эффекты. Этот класс можно было бы назвать классом «миражей дальнего видения». И на него более всего походит «неслыханное чудо», описанное Гоголем.

Жители Лазурного берега Франции (между Ниццей и мысом Антиб) не раз видывали ранним ясным утром, как на безбрежном обычно горизонте Средиземного моря возникает, точно поднимаясь из моря, светлая туманная цепочка гор, в которой бывалые люди без колебаний узнают Корсику, Расстояние по прямой от мыса Лиги и до северной гористой оконечности Корсики — 200 километров, так что о прямой видимости здесь, кoнeчнo не может быть и речи.

На английском побережье, близ Гастингса, иногда можно видеть французский берег, несмотря на то, что при обычном состоянии воздуха кривизна земной поверхности препятствует такой видимости. Из Рамсгета не раз бывал видим Дувр, который обычно скрыт от него грядами холмов.

Как сообщает натуралист Н. Беднге, «близ Реджо в Калабрии, напротив сицилийского берега и города Мессины, по временам видны в воздухе целые незнакомые местности с пасущимися стадами, кипарисовыми рощами и замками; недолго продержавшись в воздухе, миражи расплываются и исчезают».

Подобного же рода миражи наблюдались и с воздушного шара при полетах вблизи от морских берегов: над стеной облаков возникал зеленоватый туман — как бы опрокинутое Отражение моря, — и на таком «небесном море» видны были корабли, плывущие мачтами книзу, а килями вверх.

Миражи с появлением опрокинутых предметов, вызываемые опять-таки своеобразным перераспределением теплых и холодных слоев воздуха, описывались нередко, к таким описаниям относится; например, любопытное сообщение известного мореплавателя Скоресби, сопровождавшего своего отца в полярной экспедиции. Они плыли на разных судах. Буря разнесла корабли далеко друг от друга, и вдруг сын увидел высоко в небе опрокинутое изображение корабля, на котором находился его отец. Изображение было настолько ясным, что опознать отцовский корабль можно было с абсолютной уверенностью, хотя на самом деле он в это время находился за горизонтом.

Итак, если причина миражей «озерного» класса — извращенные соотношения в атмосфере (горячий воздух внизу, холодный и более плотный — над ним), то типические, миражи «дальнего видения» происходят при самых обычных условиях, при нормальной атмосферной рефракции, измененной только количественно. При обычных условиях постепенное уменьшение плотности воздуха с высотой заставляет лучи, отраженные от предметов, находящихся невысоко над горизонтом; искривляться книзу. Так как мы видим предметы всегда в направлении последнего отрезка луча, приходящего от предмета в наш глаз, то все такие объекты, включая и звезды, кажутся находящимися выше их действительного положения. Эта нормальная атмосферная рефракция давно и хорошо известна астрономам и всегда учитывается ими при определении точного положения небесных объектов. Величина рефракции тем больше, чем ближе объект к горизонту; в округлённых цифрах, по Бесселю, она «приподнимает» предметы, находящиеся в 30° над горизонтом, на 140″, в 15°—на 3’30» и т. д., несколько изменяясь в ту или другую сторону за счет колебаний температуры и барометрического давления.

В обычных условиях такого эффекта рефракции недостаточно, чтобы «поднять» над горизонтом Корсику или Дувр и сделать их видимыми издалека, несмотря на кривизну земной поверхности. Но лишь только по каким-либо причинам убывание плотности воздуха с высотой станет намного круче обычного (например на определенной высоте над охлажденным морем окажется слой горячего воздуха), это уже приведет к более сильному изгибу лучей книзу и позволит «заглянуть» за геометрический горизонт.

Продолжение следует.

Автор: Н. Бернштейн.