Старое и новое о миражах

Вероятно, всем известно, в чём заключается физическая причина обыкновенного миража. Раскалённый зноем песок пустыни приобретает зеркальные свойства оттого, что прилегающий к нему нагретый слой воздуха имеет меньшую плотность, нежели вышележащие слои. Наклонный луч света от весьма далёкого предмета, достигнув этого воздушного слоя, искривляет в нём свой путь так, что в дальнейшем следовании он вновь удаляется от земли и попадает в глаз наблюдателя, словно отразившись от зеркала под очень большим углом падения. И наблюдателю кажется, что перед ним расстилается в пустыне водная гладь, отражающая прибрежные предметы (рис. 122).

Рис. 122. Как возникает мираж в пустыне. Этот рисунок, обычно воспроизводимый в учебниках, представляет путь светового луча наклонённым к земле преувеличенно круто

Правильнее было бы, впрочем, сказать, что нагретый слой воздуха близ раскалённой почвы отражает лучи не наподобие зеркала, а наподобие водной поверхности, рассматриваемой из глубины воды. Здесь происходит не простое отражение, а то, что на языке физики называется "внутренним отражением". Для этого необходимо, чтобы луч света вступал в воздушные слои очень полого,- более полого, чем показано на нашем упрощённом рисунке 122; иначе не будет превзойдён "предельный угол" падения луча, а без этого не получается внутреннего отражения.

Отметим попутно один пункт этой теории, могущий породить недоразумение. Изложенное объяснение требует такого расположения воздушных слоев, при котором более плотные слои находились бы выше, чем менее плотные. Мы знаем, однако, что плотный, тяжёлый воздух всегда стремится опуститься и вытеснить лежащий под ним лёгкий слой газа вверх. Как же может существовать то расположение слоев плотного и разрежённого воздуха, которое необходимо для появления миража?

Разгадка кроется в том, что требуемое расположение воздушных слоев бывает не в неподвижном воздухе, а в воздухе, находящемся в движении. Нагретый почвой слой воздуха не покоится на ней, а непрерывно вытесняется вверх и тотчас сменяется новым слоем нагретого воздуха. Непрерывная смена обусловливает то, что к раскалённому песку всегда прилегает некоторый слой разрежённого воздуха - пусть не одного и того же, но это уже безразлично для хода лучей.

Рис. 123. Мираж на гудронированном шоссе

Тот род миража, который мы рассматриваем, известен с глубокой древности. В современной метеорологии его называют "нижним" миражем (в отличие от "верхнего", порождаемого отражением лучей света слоями разрежённого воздуха верхних областей атмосферы). Большинство людей убеждено, что этот классический мираж может наблюдаться только в знойном воздухе южных пустынь и никогда не бывает в более северных широтах. Между тем, нижний мираж нередко случается наблюдать и в наших краях. Особенно часты подобные явления в летнее время на асфальтовых и гудронированных дорогах, которые, благодаря тёмному цвету, сильно нагреваются на солнце. Матовая поверхность дороги кажется тогда издали словно политой водою и отражает отдалённые предметы. Ход лучей света при этом мираже показан на рис. 123. При некоторой наблюдательности подобные явления можно видеть не так редко, как принято думать.

Рис. 124. План форта, где наблюдался мираж. Стена F казалась зеркальной из точки А, стена F' - из точки А'

Есть и ещё род миража - мираж боковой, о существовании которого обычно даже не подозревают. Это - отражение от нагретой отвесной стены. Такой случай описан одним автором. Приближаясь к форту крепости, он заметил, что ровная бетонная стена форта вдруг заблистала, как зеркало, отражая в себе окружающий ландшафт, почву, небо. Сделав ещё несколько шагов, он заметил ту же перемену и с другою стеною форта. Казалось, будто серая неровная поверхность внезапно заменяется полированною. Стоял знойный день, и стены должны были сильно накалиться,- в чём и заключалась разгадка их зеркальности. На прилагаемом рис. 124 показано расположение стен форта (F и F') и местоположение наблюдателя (А и А'). Оказалось, что мираж наблюдается всякий раз, когда стена достаточно нагреется солнечными лучами. Удалось даже сфотографировать это явление.

Рис. 125. Серая неровная стена (налево) внезапно делается словно полированной, отражающей (направо)

На рис. 125 изображена (слева) стена F форта,- сначала матовая, а затем блестящая (справа), как зеркало (снята из точки А). На левом снимке-обыкновенный серый бетон, в котором, конечно, не могут отражаться стоящие близ стены фигуры двух человек. Направо - та же стена в большей своей части приобрела зеркальные свойства, и ближайшая фигура человека даёт в ней своё симметричное изображение. Конечно, отражает лучи тут не сама поверхность стены, а лишь прилегающий к ней слой нагретого воздуха.

В знойные летние дни следовало бы обращать внимание на накалившиеся стены больших зданий и искать, не обнаружатся ли явления миража. Без сомнения, при некотором внимании число таких случаев миража должно заметно участиться.