Полярні міражі – чому вони з’являються
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
В одній зі своїх відчайдушних спроб досягти Північного полюса Роберт Пірі дістався до району, що знаходиться в 650 кілометрах на захід від крайнього північного краю Гренландії. Тут він побачив на віддалі гірський хребет, гострі піки якого чітко виділялися на білястій лінії горизонту. Досягти хребта він не зміг, але місцезнаходження його визначив, і незабаром вийшли карти, де ця невідома суша була названа землею Крокера. Через сім років, в 1913 році, сюди прийшла експедиція полярного дослідника Дональда Макміллана.
– О Боже, що за країна! – вигукнув Макміллан, коли в ясному повітрі перед ним розкинулися грізні зубці гірських піків. До землі Крокера залишалося не більше доби шляху. Але через двадцять чотири години при все тій же кристально-ясній погоді гірські вершини почали повільно зникати з виду. Перед Макмілланом не було вже нічого, крім крижаної рівнини. Земля Крокера виявилася просто міражем, ймовірно, одним з найбільш мальовничих, іменованим «фата-моргана». Її довелося «закрити», як була «закрита» Земля Саннікова і ще кілька полярних «відкриттів», що теж виявилися фікцією.
У 1975 році в Бостоні відбулася чергова конференція американського оптичного товариства. На одному з його засідань виступив науковий співробітник Університету штату Пенсільванія Алістер Б. Фрейзер, який щасливо поєднував в собі професії метеоролога і оптика. Він запропонував вченому світу нове і більш розроблене пояснення цього явища.
Як вважає Алістер Фрейзер, при певній температурі і вітрі атмосфера починає вести себе подібно грошовому збільшувальному склу — несфокусованому і астигматичному. Звичайно, метеорологи давно знали: фата-моргана викликається тим, що атмосфера уподібнюється лінзі, проте точний механізм цього ефекту відомий не був. Фрейзер же розробив теорію фата-моргани з такими подробицями, що навіть взявся передбачити, де і коли вона виникне.
Отже, виявляється, що фата-моргана зазвичай спостерігається в районі закритих і рівномірно освітлених водних або льодових просторів, таких, як озера і вузькі протоки. Найчастіше це трапляється в другій половині дня, коли злегка нагріте повітря рухається з суші на більш прохолодну водну або крижану «підстилку». Однак в полярних областях своя специфіка. Тут існує Полярна інверсія: найнижча температура, виявляється, не вгорі, як це буває в помірних широтах, а на самій підстильній поверхні. А в міру підйому, навпаки, температура збільшується. Це відбувається тому, що в Арктиці і Антарктиці поверхня Землі більше віддає теплової енергії, ніж отримує; відбувається вихолоджування.
Все це призводить до того, говорить Фрейзер, що атмосфера починає «перебільшувати» віддалені предмети, особливо їх вертикальну протяжність. Буває, невеликий човник здається на відстані цілим маяком. А ще атмосфера може затемнити, зробити неясною підстилаючу поверхню в такій мірі, що стає абсолютно неможливо розібрати, що вона собою являє. Ну, як, скажімо, поверхня класної дошки, яка залишається сіруватою і каламутною після того, як з неї стерли крейду сухою ганчіркою. Де-небудь в Заполяр’ї така «муть» і змушує нас іноді бачити суцільну смугу туману або міцну стіну там, де насправді їх немає. Це – результат вертикальної проекції підстильної поверхні, яку ми бачимо як би всталу на диби.
Звичайні, більш поширені види міражів – неіснуючі в реальності озера серед пустелі або калюжі на асфальті шосе — це відблиски, що коливаються, відбиті ясним небом. Вони виникають, коли нижні шари атмосфери виявляються теплішими і менш щільними, ніж верхні. Щоб народилася куди більш мальовнича фата-моргана, міраж повинен супроводжуватися, навпаки, «правильним» температурним профілем: шари досить теплого повітря лежать тут поверх більш прохолодних; крім того, атмосферна маса повинна відчувати м’які, обережні коливання. Тоді серед марева, що коливається, з’являються уявні зображення – фортечні вежі, казкові міста, акведуки, а то й гори на зразок міфічної Землі Крокера.
З точки зору оптики, саме астигматичний характер гігантської лінзи-атмосфери змушує промені світла розсіюватися нерівномірно, створюючи там темні, а тут світлі плями, які наша свідомість інтерпретує по-своєму. Так як фата-моргана залежить від поєднання багатьох обставин — рідкісної комбінації вітрів і температур, сама незначна зміна умов змушує її або калейдоскопічно змінитися, або взагалі зникнути. І все-таки деякі з них протрималися досить довго, щоб Приморські жителі побачили якось раз неіснуючу ворожу армаду, готову вторгнутися до них під усіма вітрилами.
Алістер Фрейзер розробляв свою теорію не тільки в кабінетній тиші. Він спостерігав умови виникнення фата-моргани там, де вона трапляється більш-менш часто – на озері Онтаріо і в затоці П’юджет-Саунд, що вклинюється в сушу на північному заході США. Зібравши там відомості про поведінку світлових променів в атмосфері, про те, як на нього впливає зміна температури, Фрейзер ввів всі ці дані в комп’ютер і створив з його допомогою модель умов, при яких фата-моргана тільки і можлива. Так що якби сьогодні Роберт Пірі заявив, що він бачив далеку невідому землю, вчені, розпитавши його про метеорологічні умови, відразу б поставили це під сумнів.
Залишається лише додати, що Морганою звали казкову зведену сестру не менш казкового короля Артура. Згідно з легендами вона була феєю і їй нічого не вартувало за допомогою магії витягти з вод морських, скажімо, цілий грізний замок.
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.