Zračno zrcaljenje (miraž, fatamorgana)

Piše: Marko Posavec

Zračno zrcaljenje ili miraž, kolokvijalno fatamorgana odnosi se na gornje, donje i višestruke slike udaljenih objekata nastale lomom svjetlosti. Pojavljuju se u uvjetima velikih razlika u temperaturi među slojevima zraka. Između ostaloga, zrcaljenje stvara razna izobličenja Sunca na zalasku, kao i poznati zeleni bljesak.

Naziv na engleskom: mirage (od francuskog se mirer = zrcaliti se, gledati se u ogledalu)

Zračno zrcaljenje (miraž) iznad morske površine
Zrcaljenje (miraž) česta je pojava na moru. Ovo je donje zrcaljenje, nastalo na sloju toplijeg zraka neposredno iznad morske površine. Čini nam se kao da vidimo odraz broda u nekoj vodi koja je malo iznad mora. To je isti učinak kao kad ljeti gledamo “vodu” u daljini na vrućoj cesti. Snimio Marko Posavec, otok Krk, 8. siječnja 2022.

Svakakve se zanimljive pojave događaju kada svjetlost prolazi kroz slojeve zraka različite temperature, a time i gustoće. Ti su slojevi obično najrazličitiji uz površinu, gdje je zrak najgušći i gdje postoji podloga koju izravno zagrijava Sunce. Ponekad su i iznad tla, a tada govorimo o temperaturnoj inverziji. U povoljnim uvjetima svjetlost će se lomiti, putanja njenih zraka svinuti i dobit ćemo zračno zrcaljenje. Francuzi ga zovu mirage, a ta će se upečatljiva riječ naći i u brojnim drugim svjetskim rječnicima. U hrvatskom se sve takve pojave kolokvijalno zovu fatamorganom. No, fatamorgana je poseban, vrlo upečatljiv oblik zrcaljenja koji se ne vidi često.

Zračno zrcaljenje nije optička varka. Optičke varke su nešto što ne postoji u stvarnosti. Zrcaljenje je vrlo stvarna pojava.

Dvije glavne vrste zrcaljenja

Postoje dvije osnovne vrste zračnog zrcaljenja: donje i gornje. Razlikuju se po mjestu svijanja zraka svjetlosti.

Donje zrcaljenje

Donje zračno zrcaljenje je najčešće. Svi smo ga vidjeli: to je onaj “odraz” neba na zagrijanoj cesti koji izgleda poput neke vodene površine. U njemu se vide i “odrazi” dalekih automobila. Ono kad lik iz vica ili crtića vidi vodu u pustinji koja nestaje kako joj se približava? Donje zrcaljenje. (Nije fatamorgana). Ista je stvar i kad gledamo otoke na pučini koji se čine kao da lebde iznad mora.

Donje zračno zrcaljenje i munja
Ovu je sjajnu fotografiju munje snimio Silvio Milanko 16. ožujka 2016. iz Pakoštana. Sama munja je prekrasna, ali obratite pažnju na otočić s desne strane: izgleda kao da lebdi iznad mora. To je donje zrcaljenje. Sasvim lijevo vidi se i miraž same munje.
Donje zrcaljenje - fantomska "voda" na cesti
Donje zrcaljenje: fantomska “voda” na cesti. Snimio Marko Posavec, Đelekovec, 4. lipnja 2023.
Donje zračno zrcaljenje Brijuna
Čest prizor na Jadranu: udaljeni otoci (u ovom slučaju dio Brijunskog arhipelaga) zbog donjeg zrcaljenja izgledaju kao da lebde iznad mora. Ujedno je jasno i da se objekt kod zrcaljenja mora nalaziti na dovoljnoj udaljenosti kako bi se zrake svjetlosti mogle svinuti. Jedrilica nema zrcaljenja. Snimio Marko Posavec, okolica Rovinja, 25. kolovoza 2013.

Kako nastaje

Kod donjeg zrcaljenja zrake svjetlosti lome se ispod izravne linije vida prema objektu. Obično je to sloj toplijeg zraka iznad površine. Na primjer, vrući zrak iznad zagrijanog asfalta za sunčanog dana. Znamo da se svjetlost lomi na granicama sredstava različitih gustoća. To vrijedi i za zrak. Kad je gradijent temperature strm, odnosno kada se temperatura među slojevima zraka brzo i značajno mijenja, svjetlost se lomi jače. Na dovoljnoj udaljenosti neke se zrake svinu dolje i zakreću natrag gore prema promatraču. Tada vidimo zrcalnu sliku objekta koji promatramo. Ta se slika kod donjeg zrcaljenja nalazi ispod objekta i djeluje kao njegov odraz.

Donje zrcaljenje
Donje zračno zrcaljenje. Zrake svjetlosti svijaju se u sloju toplijeg zraka (manje gustoće). To prikazuje isprekidana crta. Budući da oko smješta objekt na tangenti dolazeće zrake svjetlosti (tanka narančasta crta) i da se zrake svjetlosti križaju, vidimo obrnutu sliku predmeta koji promatramo. Zajedno sa zrcalnom slikom okolnog neba, objekt promatranja čini se kao da pliva u vodi. A to je zapravo miraž neba.
Donje zrcaljenje na polju
Je li to voda daleko na polju? Ne, to je donje zrcaljenje neba. Snimio Marko Posavec, 2. svibnja 2021.
Donje zrcaljenje na zagrijanoj cesti
Još jedan primjer donjeg zrcaljenja nad zagrijanom cestom. Snimio Marko Posavec, 16. svibnja 2020.

Gornje zrcaljenje

Mehanizam nastanka gornjeg zračnog zrcaljenja nešto je drugačiji. Za njega je potrebna temperaturna inverzija – sloj toplog zraka iznad hladnijeg. Kada zrake svjetlosti prolaze kroz taj sloj inverzije, lome se i svijaju prema dolje. Zrcalna slika udaljenog objekta tada se vidi iznad njega. Stoga se ova pojava zove gornje zrcaljenje. Vidi se rjeđe od donjeg zrcaljenja.

Ponekad se vidi i treća slika, iznad zrcalne, ponovno uspravna. Često je, međutim, jako izobličena pa se teško raspoznaje.

Kako nastaje gornje zrcaljenje, uz dijagram putanja zraka svjetlosti, na Atmospheric Optics (i složeniji primjer)

Gornje zrcaljenje brodova u Riškom zaljevu
Gornje zrcaljenje brodova u Riškom zaljevu (Baltičko more). Juris Seņņikovs, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Trostruko zrcaljenje mačke u čaši vode, eksperiment
Pomalo uznemirujuć eksperiment sa zrcaljenjem. Na dnu čaše je visoko koncentrirana otopina šećera. U sredini je manje koncentrirana otopina, a na vrhu je čista voda. To simulira atmosferu s dva sloja inverzije. Autor: Shy halatziOwn work, CC BY-SA 3.0, Link

Slični učinci refrakcije svjetlosti

Lom svjetlosti često nije dovoljno jak ili pod povoljnim kutem da bi se vidio pravi miraž, to jest zrcalna slika promatranog objekta. Ponekad se predmet samo “rastegne” ili “stisne” okomito. To ne možemo smatrati zrcaljenjem ni miražem jer nema dodatne slike objekta. Takva se izobličenja obično svrstavaju u učinke refrakcije. To su:

  • okomito rastezanje objekta (towering)
  • okomito sažimanje objekta (stooping)

Osim toga, refrakcija može izravno utjecati na vidljivost objekata, ovisno o tome koliko se jako zrake svjetlosti svijaju u daljinu. Odnosno, koliko pritom prate zakrivljenost Zemlje. Tada se mogu dogoditi dvije pojave:

  • proširenje vidokruga ili optičko dizanje obzora (looming) – kada objekti koji su inače ispod horizonta postanu vidljivi zbog loma svjetlosti. Često se događa na Jadranskom moru, kada se s hrvatske obale vide talijanske planine koje su inače ispod horizonta, i obrnuto. Primjer je na slici dolje.
  • smanjenje vidokruga ili optičko spuštanje obzora (sinking) – suprotna pojava, kada objekti koji bi trebali biti vidljivi “potonu” ispod horizonta zbog loma svjetlosti.

Više o učincima refrakcije

“Brodovi koji lebde u zraku” nemaju veze s ovim. Usprkos “objašnjenjima” u popularnim medijima (pa i od nekih meteorologa), tamo na djelu nisu nikakva zrcaljenja ni fatamorgane. To je primjer lažnog ili nevidljivog horizonta.

Talijanske planine okomito su izdužene zbog gornjeg zrcaljenja
Talijanske planine Monte Catria i Monte Acuto snimljene iz Pule. Iznad mora se nalazio sloj inverzije. Lom svjetlosti nije bio dovoljan za gornje zrcaljenje, ali jest za okomito rastezanje planina. Vrhovi su im zaobljeni; tamo je na djelu sažimanje. Osim toga, te su planine gledano iz Pule ispod astronomskog horizonta. Stoga je tu i proširenje vidokruga, odnosno optičko dizanje obzora. Snimio Elvis Malagić, Pula, 26. travnja 2023.

Fatamorgana

Fatamorgana je kompleksni miraž višestrukih slika promatranog objekta. Sam objekt na horizontu često više uopće nije prepoznatljiv. Okomita izobličenja ponekad nalikuju na građevine ili neku apstraktnu arhitekturu; otuda vjerojatno potječu legende o misterioznim polarnim gradovima i izgubljenim otocima. Možda i morskim čudovištima i sličnim mitskim pojavama. Stalno je u pokretu i mijenja oblik.

Ime je dobila po Morgani Le Fay, legendarnoj čarobnici iz priča o kralju Arthuru. Njoj su pripisivali fantastične prizore u Mesinskom tjesnacu, između Italije i Sicilije. Fatamorgana se može vidjeti na kopnu i na moru, nad jezerima i nad pustinjama. Za nju je potrebna jaka temperaturna inverzija, odnosno sloj izrazito toplijeg zraka. Zrake svjetlosti koje putuju tim slojem lome se strmije nego što je Zemlja zakrivljena i ne mogu izaći iz sloja. Taj topliji zrak postaje svjetlosni kanal ili vod, kao neka cijev u atmosferi koja vodi zrake svjetlosti u daljinu, puno dalje od običnog zrcaljenja. Slike dovoljno dalekog objekta na horizontu tako postanu iskrivljene, izmiješane, uspravne i naopake… To je fatamorgana.

Ova će sekcija biti proširena u budućnosti. Miraži i fatamorgane uistinu su fascinantne pojave i šteta ih je samo preletjeti. Ako vas zanima više, svakako prolistajte ogromnu kolekciju informacija koju je o lomu svjetlosti, miražima, zelenom bljesku i sličnim pojavama skupio stručnjak Andrew T. Young.

Fatamorgana iznad Baltičkog mora
Fatamorgana iznad Baltičkog mora. Izobličeni objekti su brodovi. Autor: PtrQs, CC BY-SA 4.0, Link