XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Наверное, каждый и нас встречался с миражами и задавался вопросом, почему они возникают, какими бывают и что от них ожидать? Миражи – это до конца не изученное атмосферное явление. Оно всегда манила людей неизвестностью и любопытностью. Но, несмотря на то, что метеорология очень сильно развивается, миражи всё равно остаются загадкой природы. Миражи замечали много лет, когда-то их воспринимали, как дурной знак. Самое первое объяснение миража принадлежало Андреев, Джиллес, Санников, которые, находясь независимо друг от друга, в северном ледовитом океане увидели остров и как бы они к нему не приближались, остров оставался не подвижным.

Так что же такое мираж? Какими они бывают? Где их можно наблюдать? И какие условия должны быть для их появления?

Миражи — это оптическое явление, которое возникает в результате преломления солнечных лучей на границе между слоями. В результате этого преломления вдалеке возникает картинка. Поскольку свет распространяется по прямой линии, картинка будет существовать до тех пор, пока световой поток не достигнет слоя с другой температурой и плотностью. Поскольку световой поток быстро достигает границу слоя, миражи достаточно быстро исчезают. Для миражей необходимо создать все условия возникновения, и именно в этом и заключается сложность изучения данного явления.

Различают несколько видов миражей в зависимости от того, где располагается изображение по отношению к предметам. Миражи бывают: верхние, нижние, боковые и сложные (или фата-моргана)

Верхний мираж. При верхних миражах изображение находится над объектом (рис. 1). Данный вид миражей образуется при сильных температурных инверсиях, когда плотность воздуха и показатель преломления с высотой быстро уменьшается. Посколько над холодными морями или над выхолаженной поверхности сушичаще всего наблюдается расширения горизонта, земля как бы немного «распрямляется» и из-за горизонта поднимаются и становятся видными очнь далекие предметы.

Приведем пример: Город Ломоносов находится на растоянии 40 км от Санкт-Петербурга. Обычно из Ломоносова Санкт-Петербург не видно, а если видно, то плохо. 18 июля 1820г. находясь на растоянии 70 км от Гренландии зарисовал восточный берег материка.

Рисунок 1. Верхний мираж

Мираж фантом дальнего видения или «Летучий голландец», является одним из видов верхнего миража (рис.2). Встретит этот мираж можно над морем или океаном. Когда под холодной массой воздуха находится более теплая, то при большой разнице температур воздушные массы сначала поднимаются, а потом опускаются на большом расстоянии от объекта.

К числу верхних миражей, по-видимому, следует отнести хотя бы часть так называемых призрачных Земель, которые десятилетиями разыскивали в Арктике и так и не нашли. Это Земли Андреева, Джиллеса, Оскара, Санникова и др. В августе 1886 г. Э.В. Толь во время своей экспедиции на Новосибирские острова тоже увидел остров Санникова и сделал запись в дневнике. Скорее всего, Толь видел мираж, изображение одного из островов, расположенного в этом направлении, только значительно дальше в океане. Может быть, это был один из островов Де-Лонга.

Нижний (озерный) мираж. Нижние миражи возникают при очень быстром уменьшении температуры с высотой, т.е. при очень больших градиентах температуры γ>3,42°С/100 м. Мираж называется нижним, так как изображение появляется под предметом (рис. 2). В нижних миражах кажется, будто под предметом находится водная поверхность, и все предметы в ней отражаются. Мы не удивляемся тому, что если наклониться над водой, то увидишь в ней свое отражение. В спокойной воде также хорошо отражаются все стоящие на берегу предметы. Отражение в тонком нагретом от земной поверхности слое воздуха совершенно аналогично отражению в воде, только роль зеркала играет сам воздух. Состояние воздуха, при котором возникают нижние миражи, крайне неустойчивое. Внизу, у земли, лежит сильно нагретый, а значит, более легкий воздух, а выше него — более холодный и тяжелый. Поднимающиеся от земли струи горячего воздуха пронизывают слои холодного воздуха. За счет этого мираж меняется на глазах, поверхность „воды" кажется волнующейся. Достаточно небольшого порыва ветра или толчка и произойдет обрушивание, т.е. переворачивание воздушных слоев. Тяжелый воздух устремится вниз, разрушая воздушное зеркало, и мираж исчезнет.

Рисунок 2. Нижний мираж

Благоприятными условиями для возникновения нижних миражей являются однородная, ровная подстилающая поверхность (например, степи и пустыни) и солнечная безветренная погода.

Но если с озером все понятно, то как же объяснить данный вид миража в пустыне? Дело в том, что кажущаяся водная поверхность, видимая в мираже, в действительности являются изображением не водной поверхности, а неба. Участки неба отражаются в воздушном зеркале и создают полную иллюзию блестящей водной поверхности. Такой мираж может увидеть любой человек, и для этого совсем не обязательно ехать в пустыню или даже в степь. Например, их можно увидеть летом, в солнечные дни в Санкт-Петербурге или его окрестностях, над асфальтовым покрытием.

Боковой мираж. Боковые миражи могут возникнуть в тех случаях, когда слои воздуха одинаковой плотности располагаются в атмосфере не горизонтально, а наклонно или даже вертикально (рис. 3). Такие условия создаются летним утром, вскоре после восхода солнца, у скалистых берегов моря или озера, когда берег уже прогрет солнцем, а поверхность воды и воздух над ней еще холодные. Боковые миражи неоднократно наблюдались на Женевском озере. Видели лодку, которая приближалась к берегу, а рядом с нею в точности такая же лодка удалялась от берега. Боковой мираж может появиться у каменной стены дома, нагретой Солнцем, и даже сбоку от нагретой печи.

Рисунок 3. Боковой мираж

Фата-Моргана. Мираж фата Моргана назван в честь итальянской феи, которая живет на дне моря и заманивает туда людей, с помощью различных видений. Этот один из самых сложно объяснимых миражей возникает, когда одновременно есть условия для появления как верхнего, так и нижнего миража (рис. 4). Например, при значительной температурной инверсии на некоторой высоте над относительно теплым морем, когда плотность воздуха с высотой сначала увеличивается (температура воздуха понижается), а затем также быстро уменьшается (температура воздуха повышается). При таком распределении плотности воздуха состояние атмосферы весьма неустойчивое и подвержено внезапным изменениям. Поэтому мираж меняется на глазах: самые обыкновенные скалы и дома, вследствие многократных искажений и увеличения, превращаются в чудесные замки.

Рисунок 4. Мираж гор на Аляске

Миражи в Антарктиде. Ровная, однородная снежная поверхность в Антарктиде благоприятствует возникновению миражей. Так, например, на станции Восток в 1960 г. зарегистрировано 86 случаев появления миражей. Здесь наблюдаются миражи обоих типов. Весной и осенью над выхоложенной подстилающей поверхностью возникают верхние миражи (рис. 5), а летом в Антарктиде появляются нижние миражи. Это объясняется тем, что температура снежной поверхности оказывается выше температуры приземного слоя воздуха, так как максимум температуры наблюдается на глубине нескольких сантиметров от поверхности. Воздух летом над снежной поверхностью струится, «парит», как над нагретой Солнцем пашней в наших широтах. Появляются плоские кучевые облака вблизи ледяной поверхности на один-два часа около полудня. И это при. температуре воздуха минус 25-30° С!

Рисунок 5. Мираж в Антарктиде

Некоторые феномены, связанные с миражами, не нуждаются в наличии плоской поверхности. Речь идёт о радужных ореолах в небе, называемых «глориями». Это не настоящие миражи, однако, возникают они по тем же физическим причинам – в данном случае, когда свет преломляется ввиду изменения температуры воздуха при наличии капель воды.

Увидеть миражи можно везде, но есть регионы, где можно их встретить наиболее часто. В нашей стране миражи часто можно увидеть на озере Байкал. Миражи на Байкале можно наблюдать длительное время (дни/недели). Связанно это с подходящими условиями. Летом – прогретый воздух над холодной водой, зимой – неподвижный воздух при сильных морозах. В зонах умеренного климата миражи можно увидеть в знойное лето при отсутствии ветра.

Список использованных источников

1. С.В. Зверева. «Атмосферная дымка»

2. С.И. Костин. Третье издание1955г. «Основы метеорологии и климотологии»

3. И.И. Гуральник, Г.П. Дубинский, С.В. Мамиконова. Научное издание 1972г. «Метеоролгия»

4. Л.Е. Анапольская, Л.С. Гандин. «Метеорологические факторы теплового режима»

5.Интернет ресурс: Е. Гурнакова. «Миражи как атмосферное явление в природе»

(https://salik.biz/articles/29168-mirazhi-kak-atmosfernoe-javlenie-v-prirode.html)

6.Интернет ресурс:  https://tainaprirody.ru/atmosfera/mirazh

7.Интернет ресурсы: https://zen.yandex.ru/media/id/5c7e815244f99000b4b4fc1e/miraj--misticheskoe-ili-prirodnoe-iavlenie-5ca68f88ab89c600b485f3bd

Код для цитирования: Скопировать