Полярные миражи – почему они появляются
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
В одной из своих отчаянных попыток достичь Северного полюса Роберт Пири добрался до района, находящегося в 650 километрах к западу от крайней северной оконечности Гренландии. Здесь он увидел в отдалении горный хребет, острые пики которого четко выделялись на белесой линии горизонта. Достичь хребта он не смог, но местонахождение его определил, и вскоре вышли карты, где эта неведомая суша была названа Землей Крокера. Спустя семь лет, в 1913 году, сюда пришла экспедиция полярного исследователя Дональда Макмиллана.
— О боже, что за страна! — воскликнул Макмиллан, когда в ясном воздухе пред ним раскинулись грозные зубцы горных пиков. До Земли Крокера оставалось не более суток пути. Но спустя двадцать четыре часа при все той же кристально-ясной погоде горные вершины начали медленно исчезать из виду. Перед Макмилланом не было уже ничего, кроме ледяной равнины. Земля Крокера оказалась просто миражом, вероятно, одним из наиболее живописных, именуемым «фата-моргана». Ее пришлось «закрыть», как была «закрыта» Земля Санникова и еще несколько полярных «открытий», тоже оказавшихся фикцией.
В 1975 году в Бостоне состоялась очередная конференция Американского оптического общества. На одном из его заседаний выступил научный сотрудник университета штата Пенсильвания Алистер Б. Фрейзер, счастливо совмещавший в себе профессии метеоролога и оптика. Он предложил ученому миру новое и более разработанное объяснение этого явления.
Как считает Алистер Фрейзер, при определенной температуре и ветре атмосфера начинает вести себя подобно грошовому увеличительному стеклу — несфокусированному и астигматическому. Конечно, метеорологи давно знали: фата-моргана вызывается тем, что атмосфера уподобляется линзе, однако точный механизм этого эффекта известен не был. Фрейзер же разработал теорию фата-морганы с такими подробностями, что даже взялся предсказать, где и когда она возникнет.
Итак, оказывается, что фата-моргана обычно наблюдается в районе закрытых и равномерно освещенных водных или ледовых пространств, таких, как озера и узкие проливы. Чаще всего это случается во второй половине дня, когда слегка нагретый воздух движется с суши на более прохладную водную или ледяную «подстилку». Однако в полярных областях своя специфика. Здесь существует полярная инверсия: самая низкая температура, оказывается, не вверху, как это бывает в умеренных широтах, а на самой подстилающей поверхности. А по мере подъема, наоборот, температура увеличивается. Это происходит потому, что в Арктике и Антарктике поверхность Земли больше отдает тепловой энергии, чем получает; происходит выхолаживание.
Все это приводит к тому, говорит Фрейзер, что атмосфера начинает «преувеличивать» удаленные предметы, в особенности их вертикальную протяженность. Бывает, небольшая лодочка кажется на расстоянии целым маяком. А еще атмосфера может затемнить, сделать неясной подстилающую поверхность в такой степени, что становится совершенно невозможно разобрать, что она собой представляет. Ну, как, скажем, поверхность классной доски, которая остается сероватой и замутненной после того, как с нее стерли мел сухой тряпкой. Где-нибудь в Заполярье такая «муть» и заставляет нас иной раз видеть сплошную полосу тумана или прочную стену там, где на самом деле их нет. Это — результат вертикальной проекции подстилающей поверхности, которую мы видим как бы вставшей на дыбы.
Обычные, более распространенные виды миражей — несуществующие в реальности озера среди пустыни или лужи на асфальте шоссе — это колеблющиеся блики, отраженные ясным небом. Они возникают, когда нижние слои атмосферы оказываются теплее и менее плотными, чем верхние. Чтобы родилась куда более живописная фата-моргана, мираж должен сопровождаться, напротив, «правильным» температурным профилем: слои довольно теплого воздуха лежат здесь поверх более прохладных; кроме того, атмосферная масса должна испытывать мягкие, осторожные колебания. Тогда среди колеблющегося марева появляются мнимые изображения — крепостные башни, сказочные города, акведуки, а то и горы наподобие мифической Земли Крокера.
С точки зрения оптики, именно астигматический характер гигантской линзы — атмосферы заставляет лучи света рассеиваться неравномерно, создавая там темные, а здесь светлые пятна, которые наше сознание интерпретирует по-своему. Так как фата-моргана зависит от сочетания многих обстоятельств — редкой комбинации ветров и температур, самое незначительное изменение условий заставляет ее или калейдоскопически измениться, или вообще исчезнуть. И все-таки некоторые из них продержались достаточно долго, чтобы приморские жители увидели как-то раз несуществующую вражескую армаду, готовую вторгнуться к ним под всеми парусами.
Алистер Фрейзер разрабатывал свою теорию не только в кабинетной тиши. Он наблюдал условия возникновения фата-морганы там, где она случается более или менее часто — на озере Онтарио и в заливе Пьюджет-Саунд, что вклинивается в сушу на северо-западе США. Собрав там сведения о поведении световых лучей в атмосфере, о том, как на него влияет изменение температуры, Фрейзер ввел все эти данные в компьютер и создал с его помощью модель условий, при которых фата-моргана только и возможна. Так что если бы сегодня Роберт Пири заявил, что он видел далекую неизвестную землю, ученые, расспросив его о метеорологических условиях, сразу бы поставили это под сомнение.
Остается лишь добавить, что Морганой звали сказочную сводную сестру не менее сказочного короля Артура. Согласно легендам она была феей и ей ничего не стоило при помощи магии извлечь из вод морских, скажем, целый грозный замок.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.