Warum können die meisten Luftspiegelungen nicht auf ihren ursprünglichen Schauplatz zurückgeführt werden? Gibt es die im echten Leben nicht?

Bei zunehmender Hitze treten an manchen Orten immer häufiger Luftspiegelungen auf, beispielsweise in Qingdao. Im Internet wurde gemunkelt, dass gestern Abend erneut eine Luftspiegelung aufgetaucht sei.

Gegen 17:15 Uhr sah Herr Liu, ein Bürger von Qingdao, drei deutlich erkennbare Berge im Seegebiet südlich des Haitian Center, wo Schiffe ein- und ausfuhren. In dieser Richtung sollten keine Berge sein, also hat er die Szene mit seiner Kamera aufgezeichnet (wie unten gezeigt).

Mirage-Bild, Quelle: Herr Liu

Die Szene unter normalen Umständen, Quelle: Herr Liu

Den Fotos nach zu urteilen, ist die von Herrn Liu aufgenommene Fata Morgana-Szene (drei Berge) jedoch nicht besonders klar. Dies kann daran liegen, dass es spät geschah, das Licht nicht stark war und der Himmel bewölkt war, was keine guten Bedingungen für die Entstehung einer Fata Morgana darstellte, sodass die Fata Morgana verschwommen ist.

Als ich mir jedoch den Kommentarbereich ansah, schien es, als seien mehr Leute besorgt darüber, warum jedes Mal, wenn eine Fata Morgana erscheint, die ursprüngliche Szene in der Realität nicht gefunden werden kann. Viele Menschen bezweifeln, dass es im wirklichen Leben tatsächlich Luftspiegelungen gibt.

Natürlich muss die ursprüngliche Szene in der Fata Morgana real sein, da sie sich von einer Illusion unterscheidet. Stattdessen gelangt das vom realen Objekt reflektierte Licht tatsächlich in unsere Augen, sodass Sie ein Bild davon machen können.

Allerdings fällt es uns nicht leicht, den ursprünglichen Schauplatz in der Fata Morgana wiederzufinden. Dies hat viele Ursachen. Wir müssen mit der Entstehung der Fata Morgana beginnen.

Was ist ein virtuelles Bild?

Wir wissen, dass eine Fata Morgana ein virtuelles Bild ist und sich nicht dort befindet, wo wir es sehen.

Das virtuelle Bild ist mit den Augen wahrnehmbar, kann jedoch nicht auf dem Leuchtschirm angezeigt werden, bzw. das Licht erreicht den Ort der Bildentstehung nicht wirklich, was mit der illusorischen Natur einer Fata Morgana übereinstimmt.

Wenn Lichtstrahlen divergieren und sich nicht kreuzen können, können sie kein reales Bild erzeugen oder auf einem Leuchtbildschirm angezeigt werden. Wenn diese divergierenden Strahlen jedoch in unsere Augen gelangen, können unsere Augen am Schnittpunkt der umgekehrten Verlängerungslinien der divergierenden Strahlen ein Bild sehen. Dies ist ein virtuelles Bild.

Ein einfaches Beispiel ist ein Objekt in einem Spiegel. Wenn das Licht des Objekts vom Spiegel reflektiert wird, ist es divergent und diese gestreuten Lichtstrahlen werden vom Auge gesammelt, sodass im Spiegel ein virtuelles Bild erscheint, das nicht der tatsächlichen Position des Objekts entspricht.

Tatsächlich sieht das in der Physik definierte virtuelle Bild ziemlich kompliziert aus, wir können es jedoch einfach als optische Täuschung verstehen. Die Position des Objekts entspricht nur der Wahrnehmung unserer Augen, und unsere Augen können die Lichtbrechung nicht spüren. Die Augen nehmen lediglich an, dass sich das Licht noch immer geradlinig ausbreitet. Aus diesem Grund entstehen auf der umgekehrten Verlängerungslinie des Lichts virtuelle Bilder.

Wenn Sie das virtuelle Bild verstehen, wird es Ihnen leicht fallen, das Abbildungsprinzip der Fata Morgana zu verstehen.

Die Fata Morgana entsteht dadurch, dass das von Objekten reflektierte Licht in der Luft gebrochen wird und versehentlich in das menschliche Auge gelangt. Irgendwann sehen unsere Augen eine Landschaft woanders vor uns. Dieser Vorgang ist genau derselbe, als würden wir Fische durch Wasser sehen.

Das vom Fisch (reales Objekt) reflektierte Licht wird gebrochen, wenn er das Wasser verlässt, und diese gebrochenen Strahlen werden von unseren Augen gesammelt. Am Ende ist der Fisch, den wir sehen, ein virtuelles Bild, das weiter entfernt und flacher ist.

Allerdings ist die Brechung einer Fata Morgana viel komplizierter, da es sich nicht einfach um eine einzige Brechung handelt.

Wie breitet sich das Licht in einer Fata Morgana aus?

Wenn sich Licht in verschiedenen Medien ausbreitet, wird es gebrochen. Allerdings ist unsere Luft nicht immer gleichmäßig verteilt. Sie verändert sich aus verschiedenen Gründen, was letztlich zu unterschiedlichen Luftdichten in unterschiedlichen Regionen oder Höhenlagen führt. Dies ist die Voraussetzung für die Entstehung von Luftspiegelungen.

Wir haben bereits gesagt, dass Luftspiegelungen am wahrscheinlichsten im Sommer auftreten. Der Grund dafür ist, dass sich umso leichter unterschiedliche Temperaturgradienten und damit auch unterschiedliche Luftdichtegradienten bilden, je heißer es ist.

Darüber hinaus treten Luftspiegelungen am häufigsten auf der Meeresoberfläche und in der Wüste auf. Der Grund dafür liegt darin, dass an den Oberflächen dieser beiden Materialien sehr leicht unterschiedliche Temperaturgradienten entstehen, sie sich jedoch auf unterschiedlichen Höhen befinden.

Wenn die Sonne auf das Meer scheint, erwärmt sie die Atmosphäre über dem Ozean. Aufgrund der kühlenden Wirkung des Meerwassers ist die Temperatur in Meeresnähe niedriger und weiter oben im Meer steigt sie an.

Aufgrund der thermischen Ausdehnung und Kontraktion erscheint die Luftdichte „oben dünn und unten dicht“, wodurch ein Lichtbrechungsindexgradient entsteht.

Nun befindet sich vor unseren Augen ein Objekt, das Licht in die Umgebung reflektiert. Nachdem es die Luft mit ihrer „dünnen Oberseite und dichten Unterseite“ passiert hat, wird es Schicht für Schicht nach unten gebrochen und gelangt in unser Auge.

Da unsere Augen jedoch immer noch davon ausgehen, dass sich Licht geradlinig ausbreitet, sind die Luftspiegelungen, die auf der Meeresoberfläche erscheinen, im Allgemeinen hoch und scheinen zu schweben. Dies wird als obere Fata Morgana bezeichnet.

In der Wüste passiert das Gegenteil von dem, was auf der Meeresoberfläche passiert. Der Sand hat eine geringe spezifische Wärmekapazität und erwärmt sich daher schnell, wodurch die Temperatur in Oberflächennähe höher ist als weiter unten am Boden.

Das Endergebnis ist, dass das Licht vom Objekt nach oben gebrochen wird und in das Auge gelangt. Zu diesem Zeitpunkt ist das von unseren Augen wahrgenommene virtuelle Bild nach unten gerichtet, was als untere Fata Morgana bezeichnet wird.

Befindet sich das Objekt zu diesem Zeitpunkt in Bodennähe, sehen wir eine Fata Morgana, die der Spiegelung auf der Wasseroberfläche ähnelt. Daher sind Fata Morganas, die mit Wasserquellen in Zusammenhang stehen, in der Wüste häufig zu sehen.

In ähnlicher Weise treten manchmal auch Temperaturgradienten in horizontaler Richtung auf, und dann können wir Seitenansichten sehen, die als seitliche Fata Morgana bezeichnet werden.

Warum ist es so schwierig, den ursprünglichen Schauplatz einer Fata Morgana zu finden?

Oft sehen wir, wie irgendwo Luftspiegelungen auftauchen, können den ursprünglichen Schauplatz jedoch nicht finden.

Tatsächlich lässt sich aus der Entstehung der Luftspiegelungen und der Ausbreitung des Lichts in diesem Prozess leicht erkennen, dass es nicht einfach ist, den ursprünglichen Schauplatz der Luftspiegelung zu finden.

Künstliche Fata Morgana, Quelle: Shy Halatzi

Zunächst einmal werden die häufigsten Luftspiegelungen durch Luftkonvektion verursacht, die unterschiedliche Luftdichten erzeugt, die letztlich zu unterschiedlichen Brechungsindexgradienten führen und Licht zu unseren Augen senden.

Luftkonvektion ist vergleichbar mit dem Schütteln von Wasser. Es ist sehr instabil und es ist für uns schwierig, das wahre Erscheinungsbild der Fata Morgana vollständig zu erkennen, geschweige denn, sie zu finden.

Zweitens ist die Perspektive der Fata Morgana nicht unbedingt dieselbe, wie wenn wir die Landschaft normalerweise betrachten. Bei manchen Objekten bedeuten unterschiedliche Winkel zwei unterschiedliche Objekte.

Da Luftspiegelungen durch die Lichtbrechung in unser Auge gelangen, ist es schwierig, genau zu bestimmen, wo wir sie sehen oder wohin wir schauen müssen, um dieselbe Ansicht wie in der Luftspiegelung zu erhalten.

Bildquelle: Brocken Inaglory

endlich

Tatsächlich sind Luftspiegelungen kein seltenes Phänomen und im Sommer sogar überall zu sehen.

Wenn Sie im Sommer häufig auf Asphaltstraßen fahren, kann es sein, dass Sie den Eindruck haben, als ob sich Wasser auf der Asphaltstraße befindet. Dies ist eigentlich ein Fata Morgana-Phänomen.

Dieser Vorgang ist derselbe, der zur Bildung von Luftspiegelungen in der Wüste führt, da Asphaltstraßen aus einem ähnlichen Material wie Sand bestehen.

Quelle: Offizieller WeChat-Account von Guai Luo