Не вір очам своїм: Чарівність мандрівників

Міраж [фр. mirage, від se mirer, відбиватися] - оптичне явище, що спостерігається зазвичай в пустелях, полягає в тому, що крім предметів в їх справжньому положенні видно їх уявні зображення; при міражі предмети, приховані за горизонтом, стають видимими.

Міраж - результат викривлення ходу світлових променів у нерівномірно нагрітих шарах повітря.

Мої шкільні роки пройшли в маленькому полярному чукотському містечку Певек, повному різноманітних чудес: від білих ведмедів на вулицях до найсильнішого у світі постійного вітру «южак», від фантастичних північних сяйв взимку до не менш фантастичних міражів влітку. Правда, нам, місцевим жителям, міражі фантастикою не здавалися. Ну і що, ясним літнім днем чудово видно острів Айон, який лежить від міста на відстані півсотні кілометрів. Або замість однієї лінії горизонту їх три, паралельно одна над іншою. І там ідуть відразу три каравани судів. Причому середні - вгору кілем. А ми сидимо на березі, кидаємо камінці в Північний Льодовитий океан і ліниво міркуємо: якщо, наприклад, по судну ракету випустити, то в який суховантаж потрібно цілитися: у нижній, середній або верхній?

У пустелі

Міражі - явище звичайне не тільки для спекотних пустель, а й для холодних арктичних територій. Головне - нерівномірно нагріті шари повітря, які в надлишку присутні в цих куточках Землі. В залежності від розташування шарів «бутерброда» міражі бувають двох типів - нижні і верхні. Нижнім називається найвідоміший міраж - пустельний. Він з'являється, коли біля поверхні землі утворюється прошарок більш гарячого повітря. Зрозуміло, що найчастіше вони виникають у пустелі, коли сонце нагріває землю до стану розпеченої сковороди. Але їхати в пустелю для того, щоб побачити такий міраж, зовсім необов'язково - сонячним літнім днем їх повно і в нашій середній смузі, досить подивитися на асфальт. Так, ці невеликі «калюжі», які виникають в мареві на шосе, не що інше, як справжній нижній міраж.

Фізика цього явища проста. Нагріте повітря має нижчу щільність, ніж холодне. Коефіцієнт заломлення повітря сильно залежить від його щільності. Якщо температура (а значить, і щільність) повітря в міру видалення від землі зменшується (так званий нормальний температурний градієнт), то в атмосфері фактично утворюється призма. Світловий промінь, що проходить через таку призму, не поширюється по прямій, а відхиляється.

Що ж являють собою ці «лужиці»? Нижні міражі дають можливість побачити шматочок неба, і це викликає ілюзію водної гладі, в якій відбивається блакитне небо. Мандрівники в пустелі, які помирають від спраги, бачили такі самі «озера», і, думаючи, що це рятівна водойма, поспішали назустріч своїй смерті. Ніяких палаців, пальм або гурій вони бачити не могли - це ігри уяви (яке справедливо вважає: якщо є вода, значить, є палаци, пальми і все інше).

Заглянути за горизонт

Побачити сховане за горизонтом можна в іншому місці - Арктиці (або над морем). Саме там влітку «водяться» найкрасивіші - верхні, або арктичні, міражі. Вони утворюються над поверхнею Північного Льодовитого океану, який більшу частину літа гладкий як дзеркало. Вода в Арктиці, як правило, не прогрівається вище 5 − 80С, зате повітря, принесене з континенту, може досягати + 300С. На відміну від нижніх, пустельних, міражів, в арктичних шари термічного «бутерброда» розташовані інакше - холодне повітря внизу, а тепле - нагорі (це називається температурною інверсією). Такий «бутерброд» більш стабільний - холодне повітря важче і не прагне піднятися вгору. Тому межі арктичних міражів більш чіткі і практично не коливаються в повітрі, на відміну від пустельних. Але найцікавіше в них, що шляхи променів загинаються не вгору, а вниз (відхиляючись у бік більш холодного, тобто щільного повітря).

У підсумку ми починаємо бачити набагато далі, ніби Земля стає більш плоскою. Причому, чим вище температурний градієнт, тим більш вигнутою стає траєкторія променів. Найцікавіше починається, коли температурний градієнт становить 11,20С на кожні 100 м. За таких умов кривизна траєкторії променів починає точно відповідати кривизні поверхні Земної кулі! І дальність нашого бачення обмежується лише прозорістю повітря. Якби наша атмосфера була ідеально прозорою (а океан тягнувся б навколо Землі), то, стоячи на березі Північного Льодовитого океану і дивлячись у хорошу підзорну трубу, ми могли б побачити власну потилицю!

А що буде відбуватися, якщо температурний градієнт перевищить 11,20С на 100 м (що в Арктиці трапляється нерідко)? Видимий горизонт буде розташовуватися набагато вище реального. А якщо там видно острови або льоди, то Земля і зовсім буде нагадувати блюдце з піднятими краями. Багато істориків саме цієї оптичної ілюзії приписують уявлення стародавніх вікінгів про те, що наша Земля має форму блюдця, а його краї не дають океанам вилитися.

Але це ще не все. Через відносну нерухомість повітря над океаном часто утворюються шари різних температур, що чергуються. У цьому випадку міражі виходять слоїстими, причому кожен другий міраж виявляється перевернутим, ніби відображеним у дзеркалі.

Рушійна сила відкриттів

Не завжди міражі губили подорожніх. Історія знає чимало випадків, коли міражі (в основному арктичні) послужили серйозною рушійною силою географічних відкриттів і освоєння нових земель. Як відомо, через кривизну земної поверхні дальність, на якій можна спостерігати будь-який предмет, залежить від його висоти. Наприклад, 3-метровий айсберг в ясну погоду видно за 20 км, а пік висотою 1 км - за 120 км (це проста геометрія). Мандрівники часто використовували ці співвідношення в оцінці відстаней до великих об'єктів. Але міражі змушували їх йти вперед і вперед.

Найкраща ілюстрація - плавання скандинавських вікінгів з Ісландії до Гренландії. У 874 році вікінги влаштувалися в Ісландії, швидше за все, дізнавшись про існування острова від кельтів. Століття потому ватажок вікінгів Ерік Рудий був вигнаний з Ісландії за ненавмисне вбивство. Він добре знав норвезькі саги, що розповідають про землю в північно-західному океані, і легенди про існування землі за горизонтом. Коли Ерік і його команда відпливли в 982 році від північно-східного узбережжя Ісландії в пошуках місця для життя, вони попрямували прямо на північний захід. Це найкоротший шлях до Гренландії, до якої приблизно 300 км. Однак на шляху кораблі чекав зустрічний вітер, а течія знесла їх на крижане поле біля узбережжя. Тому вони повернули на південь і пройшли ще кілька сотень важких кілометрів, перш ніж досягли фіордів південної Гренландії.

Якби Ерік відразу пішов південним шляхом, він би легко досяг південного узбережжя Гренландії. Що ж змусило його вибрати важкий північно-західний маршрут? За нормальних умов берега Гренландії не видно навіть з найвищих точок Ісландії. Обдурили Еріка арктичні міражі, і замість того щоб йти, як наказували саги, він пішов до мети безпосередньо.

У подорожі вікінгів з Гренландії до Північної Америки, де вони заснували колонію Вінланд, швидше за все, теж винні арктичні міражі. Змінивши хід променів, вони зробили видимими гори мису Дайер, розташовані на відстані 440 км. Саме це дозволило вперше послати експедицію на чолі з сином Еріка Лейфом і освоїти новий, досі невідомий материк.