Фата-моргана — это редкое оптическое явление в атмосфере, относящееся к классу составных верхних миражей. В отличие от стандартных миражей, при которых удаленный объект лишь смещается по высоте или зеркально отражается, фата-моргана создает комплексную, непрерывно трансформирующуюся проекцию. Реальные ориентиры — корабли, острова, береговые линии, ледяные торосы — искажаются до неузнаваемости, вытягиваются в вертикальные колонны, накладываются друг на друга слоями и парят над линией горизонта.
Фата-моргана — сложный верхний мираж, который возникает при температурной инверсии: холодный воздух находится у поверхности, а более теплый — выше.
Свет проходит через слои воздуха разной плотности и искривляется, поэтому далекие объекты видны не там и не в той форме, в которой находятся на самом деле.
Корабль, берег или льдина могут визуально подняться над горизонтом, вытянуться, раздвоиться или одновременно дать прямое и перевернутое изображения.
Фата-моргана постоянно меняется, поскольку границы между воздушными слоями движутся.
От обычного верхнего миража она отличается сложностью: наблюдатель видит сразу несколько наложенных и сильно деформированных изображений.
Что такое фата-моргана простыми словами
Зрительная система человека устроена так, что мозг всегда воспринимает путь световых лучей как строго прямолинейный. Если световая волна на пути от предмета к глазу наблюдателя искривляется в воздушных массах, человек видит объект не там, где тот расположен физически, а вдоль касательной к траектории пришедшего луча.
Фата-моргана — это оптическое явление, при котором свет проходит сквозь сложную систему чередующихся слоев воздуха с разной плотностью и температурой. В результате изображение реального объекта, который часто скрыт далеко за горизонтом, преломляется, расщепляется на несколько частей и проецируется в небо.
Термин восходит к южноитальянскому фольклору и имени волшебницы Морганы (Фата Моргана) из артуровского эпоса. По преданиям моряков, сказочная фея создавала над водой призрачные замки и воздушные гавани, чтобы сбивать корабли с курса. Историческим центром регулярных наблюдений этого эффекта считается Мессинский пролив между Калабрией и Сицилией, где гидрологические и погодные условия веками формировали сложные миражи над морем.
Для стороннего наблюдателя фата-моргана выглядит как настоящее чудо. Низкий скалистый берег или скопление льдин внезапно превращаются в монолитные вертикальные стены, напоминающие башни крепостей. Небольшие волны на горизонте растягиваются в гигантские столбы, а идущее вдали судно может визуально разделиться на три части: нижний корпус, перевернутую среднюю палубу и парящие над ними прямые мачты.
Изображение никогда не остается статичным. Из-за перемещения воздушных масс форма иллюзии трансформируется каждые несколько секунд: вытянутые пики сжимаются в плоские полосы, после чего снова взмывают вверх.
Как работает эффект фата-морганы
Фата-моргана возникает, когда над холодной поверхностью располагаются слои воздуха с разной температурой. Свет в них изгибается и преломляется, поэтому далекий объект может казаться поднятым над горизонтом, растянутым, перевернутым или раздвоенным. Воздушные слои постоянно движутся, поэтому и изображение меняется. Ниже разбираем формирование составного миража подробнее.
1. Выраженная температурная инверсия
В стандартном состоянии тропосферы температура воздуха падает с увеличением высоты (в среднем на 6,5 °C на каждую тысячу метров). Для появления фата-морганы распределение температур должно стать обратным: непосредственно над холодной поверхностью (водой, льдом или охлажденной почвой) формируется слой плотного холодного воздуха, а над ним располагаются слои значительно более теплого и разреженного воздуха.
2. Градиент показателя преломления
Показатель преломления света в воздухе напрямую зависит от плотности среды: чем холоднее воздух, тем выше его оптическая плотность. Согласно закону Снеллиуса и принципу Ферма, световой луч, проходящий сквозь среды с переменной плотностью, плавно искривляется в сторону оптически более плотной (более холодной) массы. При инверсии световые лучи изгибаются по дуге книзу, огибая геометрическую кривизну Земли.
3. Формирование атмосферного волновода
Главное отличие фата-морганы от простого миража — нелинейный профиль инверсии. В атмосфере образуется не один, а несколько чередующихся температурных слоев с разными градиентами. Световой пучок попадает в своеобразный «атмосферный световод»: лучи многократно преломляются на границах слоев, испытывают рефракцию с разными радиусами кривизны и пересекаются в пространстве.
4. Неравномерное вертикальное увеличение
Слои воздуха работают как гигантские астигматические линзы переменной кривизны. Резкий локальный градиент преломления сильно фокусирует лучи, растягивая по вертикали тонкий горизонтальный срез объекта в десятки раз. Именно так возникают «стены» и «башни». Иногда возникает и противоположный процесс, при котором вертикальные фрагменты объекта оптически сжимаются в узкую полосу.
Чередование зон сжатия и растяжения приводит к тому, что наблюдатель видит объект расслоенным на чередующиеся прямые и зеркально перевернутые проекции.
5. Роль внутренних гравитационных волн
Поскольку теплый воздух легче холодного, граница между ними гидродинамически нестабильна. На стыке слоев непрерывно возникают колебания плотности — внутренние атмосферные волны. С изменением толщины слоев фокусное расстояние воздушных «линз» колеблется, заставляя наблюдаемую картину непрерывно двигаться, пульсировать и перестраиваться. За счет этого мираж «оживает».
Самые необычные случаи фата-морганы
«Летучий голландец». Возможно, легенды о корабле-призраке возникли отчасти из-за миражей. Судно, находящееся далеко у горизонта или даже скрытое за ним, из-за рефракции может показаться парящим над морем или перевернутым.
Земля Санникова. В XIX веке путешественники сообщали о неизвестной суше к северу от Новосибирских островов. Позднейшие экспедиции ее не обнаружили. По одной из гипотез, Яков Санников и Эдуард Толль могли видеть фата-моргану, создавшую изображение острова Беннетта.
Горы Крокера. В 1818 году британский исследователь Джон Росс увидел впереди горную цепь и из-за нее повернул экспедицию назад. Уже в следующем году Уильям Парри прошел через то самое место и доказал, что никаких гор там нет: Росс принял мираж за настоящую сушу.
Земля Крокера. В 1913 году экспедиция Дональда Макмиллана отправилась искать предполагаемый арктический остров. Путешественники увидели на горизонте горы и заснеженные вершины и пять дней двигались к ним по морскому льду. Пройдя около 200 км, участники признали, что перед ними был мираж.
Чем фата-моргана отличается от других видов миражей
В метеорологии миражи разделяют по геометрии преломления световых лучей и характеру температурного градиента.
| Тип миража | Условия среды | Визуальный эффект |
| Нижний | Раскаленная земля, холодный воздух вверху | Перевернутое отражение под объектом («лужи» на дороге) |
| Простой верхний | Равномерный холод у поверхности, тепло выше | Объект стабильно приподнят над линией горизонта |
| Боковой | Сильный нагрев вертикальной скалы или стены | Зеркальное удвоение объекта сбоку от оригинала |
| Фата-моргана | Сложная ступенчатая инверсия из нескольких слоев | Динамичный коллаж из парящих башен, стен и перевернутых фрагментов |
Простой мираж дает одну дополнительную проекцию. Фата-моргана проецирует сложный пакет изображений, где перевернутые и прямые слои накладываются друг на друга.
У фата-морганы больше масштаб искажений. Ни один другой тип миража не способен растянуть невысокий камень или кромку льда в визуальную вертикальную скалу высотой в десятки угловых минут.
Простой мираж может сохранять неизменную форму часами при стабильной температуре. Фата-моргана непрерывно видоизменяется под воздействием микротурбулентности и волн плотности.
Вопросы и ответы
В разделе ответили на вопросы о фата-моргане.
Фата-моргана — это физическое явление или оптическая иллюзия восприятия?
Это строго физическое атмосферно-оптическое явление. Процесс преломления лучей происходит в воздухе объективно, до попадания света на сетчатку глаза. Фата-моргану фиксируют объективы фото- и видеокамер, фотометры и другие оптические регистрирующие приборы.
Как эффект связан с морскими легендами о «Летучем голландце»?
Физика верхних миражей и фата-морганы отчасти может объяснять появление мифов о кораблях-призраках. Реальное судно, идущее за линией горизонта, благодаря рефракции проецируется высоко в воздух. Его паруса и мачты вытягиваются, а корпус может сжиматься или исчезать в нижнем преломляющем слое. Наблюдателю с другого корабля кажется, что полупрозрачное деформированное судно парит над водой или движется прямо по воздуху. Легенды о кораблях-призраках, в частности, о «Летучем голландце», активно распространялись в XVI—XVIII веках: наука еще не была достаточно развита, чтобы объяснять оптические эффекты.
Можно ли увидеть фата-моргану в пустыне днем?
В дневные часы в пустынях формируются исключительно нижние миражи: песок раскаляется, и оптически более плотный холодный воздух оказывается вверху, заставляя лучи искривляться к небу. Появление фата-морганы в пустыне возможно лишь на рассвете после аномально морозной ночи, пока почва не успела прогреться солнцем.