== ИЗМЕРИТЬ ДЛИНУ ПОЛЯРНОГО ДНЯ В МИРАЖАХ ==
О пользе ошибок
На стене нашей группы недавно развернулась дискуссия о длине полярного дня. Ну как, дискуссия: кто-то ляпнул, не подумав, а кто-то уточнил. И тот, первый, задумался, заинтересовался и полез гуглить информацию. Как там, великие воины Китая говорили? Главное - вовремя признать ошибку. Более того, в процессе изучения нарылось столько интересного, что впору задуматься - может быть почаще так ошибаться?
Об атмосферной рефракции и полярном дне
И действительно, факт налицо – длина полярного дня в Кировске в три раза превышает длину полярной ночи (14 против 48). И, кстати, на территории всей Мурманской области тоже, с отдельными отклонениями. Хотя, по логике вещей, эти периоды должны быть относительно одинаковы, но так было бы, если бы у нашей планеты не было бы атмосферы. Оказывается, все дело в таком явлении, как атмосферная рефракция.
Атмосфера, как правило, стратифицирована, то есть состоит из слоев, которые различаются по температуре и плотности воздуха. Слоистость выражена особенно отчетливо, когда нет ветра и вертикального перемещения воздуха. Вот в такой слоистой среде происходит преломление и отражение лучей света на границе между слоями воздуха с разной температурой и плотностью. Возникающие в результате этого удивительны, а иногда волшебны.
Самое доступное нам явление атмосферной рефракции – солнце в полярную ночь в Хибинах. Оказывается, это не солнце, это отражение солнца в пространстве атмосферы над горизонтом. Само солнце в это время находится максимально близко к линии горизонта, но под ним.
Желтый круг - истинное солнце, которые находится под горизонтом, оранжевый - отражение солнца, которое мы видим над горизонтом
У этого явления, оказывается, есть название - «эффект Новой земли». Его первый раз наблюдали и задокументировали 1596 году, когда судно под командованием Виллема Баренца в поисках Северо-восточного прохода застряло во льдах на Новой Земле. Экипаж был вынужден пережидать полярную ночь. При этом восход солнца после полярной ночи наблюдался на 2 недели раньше, чем ожидалось. И только в ХХ веке ему смогли дать научное объяснение.
Поэтому в Кандалакше, несмотря на то, что она находится за Полярным кругом, нет полярной ночи – истинное солнце скользит вдоль линии горизонта под ней, а «видимое» (отражение солнца в атмосфере) поднимается над горизонтом и освещает небо. За счет этих факторов полярная ночь фактически сокращается как в начале, так и в конце, а в Кандалакше это значение схлопывается в ноль.
Когда дело касается полярного дня, то в определенный период - перед его началом и после окончания - солнце тоже скользит вдоль линии горизонта под ним, в результате чего мы долгое время наблюдаем «мираж» или «отражение» солнца над горизонтом. За счет этого длительность полярного дня увеличивается - начало и конец смещаются за счет периода, когда мы наблюдаем отражение солнца в атмосфере.
Нижние миражи
Атмосферная рефракция, оказывается, является причиной миражей в пустыне. Механизм очень простой - над поверхностью пустыни, которая сильно нагревалась за день лучами солнца, нижние слои воздуха самые теплые, а верхние - холодные. В этих условиях возникает нижний мираж, когда голубое небо проецируется на пустынную землю, создавая иллюзию водной поверхности.
Сюда же относится и является «мокрого асфальта» в жаркую погоду. Это не вода на дороге, а небо отражается в пленке теплого воздуха, нагретого асфальтом.
Мираж воды на обмелевшем дне Аральского моря. На месте высохшего Аральского моря образовалась солёная пустыня. Корабли, когда-то бороздившие его просторы, вросли в землю на берегу. Между ними идут люди. Как бы по воде. А на самом деле по иссохшему солёному грунту.
Верхние миражи
Природа верхнего миража сложнее нижнего. Он возникает, когда разогретый воздух поднимается вверх. С высотой температура падает, но если над слоем уже охладившегося потока оказывается более тёплый, а переход между ними резкий, то лучи, идущие от предметов на земле, описывают подобие дуги и возвращаются вниз, причём расстояние проекции до предмета может составлять десятки и сотни километров. Поэтому их второе название – миражи дальнего видения.
Появляются в любое время года в раннее-утреннее либо вечернее время при малооблачной безветренной погоде и хорошей видимости; имеет вид "приподнимающегося горизонта", в результате чего возникает своеобразный "второй горизонт", параллельный реальному и выше его. На фотографии ниже не гигантская волна, которая вот-вот накроет кораблик. Это - всего лишь приподнятая миражом над морем спокойная водная гладь.
Верхние миражи наиболее распространены в полярных регионах, особенно на больших ровных льдинах со стабильной низкой температурой. Мировой рекордсмен - Аляска. На Аляске чем злее стужа, тем четче и красивее возникают в небесах города, горы и разные предметы.
Гнутое солнце и зеленый луч
Атмосфера может действовать и как призма, разделяя свет на цветовые волны. Поэтому во время захода солнца иногда можно увидеть зеленый луч.
Дифференциальная атмосферная рефракция вызывает изменение частей одного протяженного светила. Часто можно увидеть сплющивание нижней части диска Солнца при подходе к горизонту.
Атмосферная рефракция… в искусстве
Наиболее умело использовали это явление братья Стругацкие в книге «Обитаемый остров». Главный герой попадает на планету, на которой такая сильная атмосферная рефракция, что горизонт по краям заворачивается наверх. И люди, живущие на этой планете думают, что он живут не «на планете», а «внутри планеты». Соответственно, и мировоззрение у них на устройство мира совершенно другое.
В литературе, наверно, много можно встретить таких историй – про миражи в пустынях, про города, возникающие на горизонте, про двойное солнце… Но я люблю очень рассказ Рея Брэдбери «Диковинное диво». Важен не сам факт города-миража, который обнаружили два бродячих коммивояжера, а важно, что для каждого человека он будет своим, а кому-то даже не откроется.
Лирический финал
Вот так простая ошибка в умозаключениях привела к знанию, что когда мы видим, как уходящее солнце касается горизонта, мы понимаем, что видим уже иллюзию (отражение) солнца, а само солнце давно скрылось...
В основу статьи легли материалы группы Погода в Мурманске, сайта newsland.com (тут, кстати, еще много примеров миражей), также разъяснения товарищей с физмата и бесконечные просторы интернета. Всем спасибо большое!
Автор фото на превью - Виктор Габышев.