«НЕОБЫКНОВЕННЫЕ» НЕБЕСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

МИРАЖИ

ЙД ы познакомились с «необыкновенными» оптическими явлениями, связанными с прохождением света в вы­соких слоях атмосферы.

Но игра света происходит и в самых нижних слоях воздуха, у поверхности земли.

Мы привыкли считать, что в чистом воздухе свет рас­пространяется строго прямолинейно. В действительности это далеко не так. Окружающий нас воздух не является однородной средой, он состоит из слоев различной плот­ности. Благодаря этому луч света, идущий к наблюда­телю от далёкого предмета, всегда искривляется.

Здесь происходит знакомое нам явление преломления света при переходе из одной среды в другую, с той, однако, разницей, что при переходе светового луча из слоя с одной плотностью в слой более или менее плот­ный — не происходит такого' резкого преломления, ка­кое мы наблюдаем, например, на границе воз­дух— вода; луч света искривляется в воздухе га>- степенно. Объясняется это тем, что рядом лежащие слои воздуха никогда не имеют резкой границы по плотности.

Искривление луча света в атмосфере Земли называют земной рефракцией.

С этим явлением мы встречаемся повседневно. Благо­даря рефракции света все отдалённые предметы кажутся нам немного выше и немного ближе, чем они есть на самом деле. Не замечаем этого явления мы лишь потому, что таким образом видим все далёкие предметы.

По этой причине мы видим Солнце и Луну уже после того, как они уйдут за горизонт, ещё несколько минут. В средних широтах продолжительность дня благодаря этому увеличивается на 10—15 минут. Этот последний пример —случай рефракции астрономической.

Обычно рефракция света в атмосфере даёт лишь не­большие отклонения видимых предметов и потому не за­мечается. Но бывает и иначе. В силу различных причин, плотность воздуха в нижних слоях, граничащих друг с другом, бывает иногда резко различна. И тогда нередко далёкие предметы начинают нам казаться сильно видо­изменёнными — перевёрнутыми, изуродованными, увели­ченными или уменьшенными до неузнаваемости. Возни­кает поразительное явление так называемого миража или марева.

В истории известно большое число описаний различ­ных миражей.

Одно из первых описаний этого замечательного оптического явления было дано ещё в древнем мире, около двух тысяч лет назад:

«В Африке происходят удивительные вещи. В неко­торые времена года, особенно при полном отсутствии ветра, в воздухе показываются изображения различных зверей, неподвижных и движущихся. То эти звери как будто бегут от зрителей, то сами его преследуют: все они страшной величины, так что пугают тех, кто не привык к таким зрелищам. Когда они настигают зрителя, то окружают тело как бы холодным туманом. Путешествен­ники очень пугаются этого явления, а местные жители не обращают на него никакого внимания».

Мираж — частое явление в пустыне. Кто не слыхал рассказов о том, как впереди каравана путешественни­ков, на горизонте, появляется большое озеро. Уставшие люди и верблюды ускоряют ход. Но проходит немного времени, и далёкое призрачное озеро исчезает. Это был мираж.

Иногда рефракция света в атмосфере, подобно кри­вому зеркалу, даёт настолько искажённое изображение далёких предметов, что в воздухе появляются совершенно фантастические картины.

Неожиданные и диковинные видения — порождение игры света в атмосфере — укрепляли у людей прошлого времени веру в сверхъестественные силы. Невежествен­ные, суеверные люди считали, что мираж — это проделки духов воздуха, издевающихся над уставшими путанками. В других случаях, когда в воздухе отражалась какая-то красивая фантастическая картина, люди думали, что они видят отражения небесного рая.

Во многих восточных сказках рассказывалось о злой фее Моргане, которая любит дразнить людей. Именно она показывает усталым путешественникам в знойной пустыне сначала город, затем озеро, манящие деревья, бесследно исчезающие, когда люди подходят к ним ближе. Отсюда до наших дней меняющийся мираж зовут «фата - морганой» («фата-моргана» и значит фея Моргана).

Каким же образом возникают в атмосфере вовдуш - ные призраки-миражи? Как объясняются такие явления наукой?

Известно, что плотюеть воздуха сильно изменяется при изменении температуры — при нагревании воздух расширяется и делается менее плотным, при охлаждении воздух сжимается и делается более плотным.

Представим себе пусты шую каменистую местность в жаркий летний день. Раскалённые песок и камень отдают своё тепло воздуху, лежащему у поверхности земли. В результате нижние слои атмосферы очень сильно нагре­ваются и становятся значительно менее плотными, чем её вышележащие слои. Как же в таком воздухе пойдут лучи света от далёких предметов? А вот как (см. рис. 15).

Луч света, идя к наблюдателю, будет проходить через слой воздуха различной плотности. Переходя из более плотных слоёв к менее плотным, он будет сильно искривляться в сторону более плотного слоя. Та­кое искривление может дойти до того, что луч света как бы отразится от нижнего слоя воздуха — пойдёт снова кверху — в более плотный слой воздуха и попадёт в глаз наблюдателя. Таким образом, всё дерево, нормальное

&

Изображение которого наблюдатель будет видеть сквозь верхние слои воздуха, отразится помимо того ещё «вверх ногами» в нижних слоях и будет видимо наблюдателем в таком положении.

При этом часто можно видеть также изображение водной поверхности, в которой как бы и отражаются де­ревья, кустарники, камни.

В действительности — это обратное изображение неба, которое и создаёт впечатление блестящей поверх­ности большого озера.

Это' — явление так называемого нижнего ми­ража. Оно возникает, как мы уже сказали, в случае, когда слои воздуха, лежащие у земли, нагреты значи­тельно сильнее вышележащих. Такой мираж виден, когда наблюдатель находится на большом расстоянии от пред­мета и располагается на незначительной высоте.

В летнее время нижний мираж часто наблюдается на асфальтированных и гудронированных дорогах, сильно нагревающихся Солнцем. Гладкая матовая поверхность дороги кажется вдали как бы политой водою и отражает далёкие предметы.

Нередко воздушные призраки при нижнем мираже принимают гигантские, искажённые формы.

Рано утром, когда нижние слои воздуха ещё остают­ся сильно охлаждёнными от соприкосновения с зем­лёй, верхние слои оказываются более тёплыми. Это яв­ление, называемое температурной инверсией,

Вызывает иногда явление верхнего миража. На рисунке 16 показана схема такого миража. ,

При явлении верхнего миража наблюдают как прямое изображение предмета, так и опрокинутое изображение его, висящее в воздухе. Бывают также случаи, когда в воздухе виден двойной верхний мираж — пря­мое и перевёрнутое изображения вместе. Такое явление наблюдается, когда в воздухе имеется неравномерное распределение слоёв воздуха различной плотности.

Температурные инверсии (слово «инверсия» означает «перестановка») наблюдают часто на севере, в зимнее и весеннее время, когда южные ветры приносят тёплый воздух. При этом нижние слои воздуха будут охлаждаться снежным покровом, а верхние будут оставаться тёплыми. Поэтому верхний мираж особенно часто можно видеть в полярных странах, а также над морем, где нижние слои часто холоднее верхних. В этом случае лучи, проходя атмосферу, сильно изгибаются вниз, и мы видим вверху, над действительным изображением ледяной горы или ко­рабля, их воздушных двойников, зеркально отражённых более нагретыми слоями воздуха (рис. 17).

Известны случаи, когда при явлении верхнего миража люди видят в воздухе целый город, отражённый «вверх ногами», сверкающий огнями. Такая замечательная кар­

Тина наблюдалась в 1869 году в Париже при свете Луны — в небе были ясно видны изображения многих улиц и зданий этого города (рис. 18).

На море очевидцы видят при верхнем мираже изо­бражения далёких островов и кораблей, которые нахо­дятся под горизонтом.

«Я так отчётливо видел в бинокль контуры и оснастку корабля,— писал один полярный путешественник,— что

Не колеблясь признал его за корабль моего отца. Впо­следствии, сравнивая наши лоции, мы убедились, что были на расстоянии пятидесяти пяти километров друг от друга», то-есть они не могли видеть друг друга.

В прошлые века среди моряков существовала легенда о «Летучем голландце» — корабле, на котором, якобы, плавали мертвецы. Встреча с этим судном считалась у суеверных матросов большой бедой — она означала ко­раблекрушение. Конечно, корабль с мертвецами мог быть не чем иным, как выдумкой. Однако многие моряки не раз рассказывали, что они встречали такой корабль. Он плыл прямо на них, не отвечая на сигналы, совер­шенно безмолвный и затем внезапно исчезал в тумане.

Весьма вероятно, что такие рассказы, да и вся ле­генда о «Летучем голландце» являются результатом виденных моряками верхних миражей.

В летнее время можно наблюдать ещё один вид ми­ража— боковой. Он происходит в слоях воздуха, на­ходящихся у сильно нагретой солнцем стены. Здесь стена играет роль нагретой почвы. Слой воздуха, прилегающий к стене, нагрет сильнее и менее плотен. Рядом лежащий

Слой — более плотный. На границе этих слоёв и на­блюдается отражение световых лучей. Если встать близко к такой стене и смотреть вдоль неё, то можно увидеть двойное — прямое и отражённое — изображение предме­тов, находящихся недалеко от стены.

Боковой мираж может быть двойным и тройным. Миражи наблюдаются только при отсутствии ветра. Ветер перемешивает слои воздуха с различной плот ностью, и мираж не может возникнуть.

Однако, когда слои воздуха разной плотности нахо­дятся в медленном движении, перемещаясь друг относи­тельно друга, ломают границы между собою,— возни­кает более редкое явление — фата-моргана или движущийся мираж.

Фата-моргана даёт ещё более изумительные, фанта­стические картины, пугая суеверных людей. Между тем и это явление — всего лишь «игра» света в атмосфере.

Сказочные картины фата-морганы особенно ярки в полярных странах (хотя это явление бывает и в жарких пустынях—см. описание движущегося миража на стр. 31).

Вот какое описание движущегося миража оставил один полярный путешественник:

«Горизонт как бы раздвоился, и предметы, находя­щиеся далеко за ним, поднялись кверху и повисли в воз­духе, беспрестанно изменяя свой вид. Ледяные горы и поля, линии берегов с холмами и долинами показывались вдруг, сохраняли в течение нескольких минут свои очер­тания, поднимались и опускались, растягивались и сужи­вались, а затем исчезали.

Все эти изменения происходили так быстро, как в ка­лейдоскопе; самые необыкновенные формы, какие только можно вообразить, показывались над горизонтом. То по­явится нечто вроде колокольни или пика, то крест, то меч, то как бы какие-то человеческие формы, и затем всё за­меняется ясным контуром ледяной горы, возвышающейся подобно крепости.

Ледяные поля принимали вид равнин, усеянных дере­вьями и животными; медведи, собаки, птицы, люди тан - цовали перед нами на воздухе, иногда прыгая с поверх­ности моря к небу... Невозможно описать это странное и величественное зрелище. Видение за видением появля­лись как бы по мановению волшебной палочки и затем так же быстро исчезали.

Такой спектакль продолжался большую часть дня, но поднявшийся затем сильный северный ветер сразу пре­кратил его».

Помимо земной рефракции, вызывающей описанные явления миража, существует, как мы уже говорили, и рефракция астрономическая. Лучи света, идущие от далёких небесных тел через атмосферу Земли, также отклоняются от своего прямолинейного пути. Лишь в одном случае астрономическая рефракция равна нулю — когда небесное тело находится в зените, то-есть у нас над головой, и лучи его падают в глаз наблюда­теля отвесно. Во всех других случаях мы видим светила несколько выше, чем это есть в действительности.

Особенно заметна астрономическая рефракция, когда Солнце или Луна находятся у самого горизонта; в этом случае наблюдатель видит солнечные лучи, проходящие

Через большую толщу нижних слоев атмосферы различ­ной плотности.

При этом, когда плотность горизонтально лежащих слоёв воздуха изменяется очень неправильно, то также часто наблюдают явление миража (рис. 19).

Благодаря астрономической рефракции мы наблю­даем и мерцание звёзд. Это мерцание особенно заметно в ясные зимние ночи. Яркие звёзды, разбросан­ные по тёмному небу, как бы беспрестанно то вспыхи­вают, то гаснут.

Это явление находит своё простое объяснение. Атмо­сфера Земли неоднородна, она состоит из слоёв самой различной плотности. Границы между этими слоями ни­когда не бывают постоянными; различные воздушные потоки и вихри нарушают эти границы, перемешивают слои воздуха различной плотности. Благодаря этому лучи света, идущие к нам от далёких солнц вселенной, испы - тквают в различных слоях атмосферы Земли многократ­ное отклонение. В результате такого отклонения, которог беспрерывно изменяется, от каждой звезды в наши глаза попадает то больше света, то меньше.

Эти изменения в яркости света становятся ещё более заметными, когда звезда приближается к горизонту — здесь свет проходит через большую толщу более плот­ных слоев воздуха, где больше воздушных волн.

Замечено, что степень мерцания зависит от содержа - яия в воздухе водяных паров; когда их много, мерцание более заметно. Это позволяет по мерцанию звёзд судить об изменениях погоды[5]).

Явлением астрономической рефракции объясняется и «игра» Солнца, когда восходящее Солнце как бы пры­гает, беспрерывно меняя свою форму и цвет; особенно бывают заметны переливы красного и оранжевого цве­тов. «Игра» Солнца прекращается, как только оно подни­мается над горизонтом. Это явление наблюдается в тех случаях, когда воздух, нагреваясь у поверхности земли, находится в постоянном движении, он как бы дрожит и колеблется.

Подобное же явление мы наблюдаем в жаркие летние дни, когда нагревающийся у земли воздух как бы пере­ливается, лёгкими прозрачными струйками поднимаясь вверх. Тогда можно видеть, как «играют», колышутся изображения далёких предметов. И здесь мы встреча­емся с рефракцией света.

Так наука объясняет многообразные и удивительные явления миража. Это объяснение — естественное, прове­ренное опытом — изгоняет и здесь из природы «таинст­венные», выдуманные человеческим воображением силы.

В заключение рассказа о «воздушных призраках» остановимся ещё на одной группе необычайных явлений. Они наблюдаются чаще всего в горных странах.

В Германии, в горах Гарц, есть высокая гора Брок­кен. Здесь наблюдают явление, которое называют Б р о к - кенским призраком. Его описали очень многие туристы, побывавшие на Броккене.

Вот один из таких рассказов:

«В минуту восхода солнца мы с проводником прибли­зились к самому высокому месту горы. Сильный ветер гнал к западу облака. Густой туман, окружающий вер­шину горы, постепенно рассеивался. Вдруг на западе показались две тени человеческих фигур громадных раз­меров. Эти тени были окружены радужным кругом. Ко­гда ветер сорвал с проводника шляпу и он поднял руку к голове, то одна из теней отчётливо повторила этот жест и затем стала повторять все его движения. Эффект был поразителен».

«Призраки®, появляющиеся на горе Броккен, извест­ны с древнейших времён; они всегда казались чем-то сверхъестественным, вызывая у невежественных людей суеверный ужас. Между тем причина этого явления проста.

Гигантские «призраки», появляющиеся в горном еоз - духе,— это не что иное, как тени фигур альпинистов на фоне облаков. Такие тени появляются в тех случаях, когда с одной стороны на человека, стоящего на горе, падают лучи восходящего или заходящего Солнца, а с другой находятся густые перистые облака. А радуж­ные круги, появляющиеся вокруг теней, вызываются той же причиной, что и венцы вокруг небесных светил. Лучи поднимающегося над горизонтом Солнца, пробиваясь сквозь утренний туман, испытывают на мельчайших ка­пельках воды диффракцию.

Явление «Броккенского призрака» можно видеть во всех горных странах.

Так, группа учёных наблюдала подобную картину в горах Андалузии. Когда всходило Солнце, они находились на вершине высокой горы. Густой туман закрывал всю западную сторону горы, тогда как на востоке лёгкие пары не мешали любоваться солнечным восходом. Один из учёных, повернувшись к западу, был поражён предста­вившейся картиной: скала, на которой он стоял, его фи­гура, фигуры его спутников и собаки был» до малей­ших подробностей воспроизведены в тумане. Всё изобра­жение было окружено венцом, состоящим из пяти цвет­ных полос. Тени исчезли, как только стал рассеиваться туман.

Некоторые полярные путешественника наблюдали та­кое же явление на далёком севере, среди льдов. Там оно бывает при тумане и Солнце, стоящем у горизонта.

Таковы разнообразные оптические явления в атмо­сфере, с давних пор привлекающие внимание человека.

В заключение следует отметить, что все такие яв­ления зависят от того, как расположены Солнце и Луна по отношению к глазу наблюдателя. Поэтому каж­дый наблюдатель видит свою радугу, свой венец, свой мираж.

Познакомимся теперь с другим« «необыкновенными» небесными явлениями — явлениями, связанными с дви­жением космических тел.