Почему образуются миражи? Как явление образования миражей можно объяснить на основе закона прямолинейного распространения света?

Миражом называют оптическое явление в атмосфере, при котором в зоне видимости появляются изображения предметов при обычных условиях скрытых от наблюдения. Встречаются миражи различных видов. Наиболее известными являются нижние миражи, возникающие под объектом; верхние миражи, видимые над объектом; боковые миражи; миражи сверхдальнего видения; космические миражи.
Так называемые озерные или нижние, миражи — самые распространенные и простые Они возникают над сильно охлажденной поверхностью, например над холодной водой в пустынях и знойных степях. Миражи иного вида создаются объектами, лучи которых загибаются за линию горизонта. Их называют верхними (они возникают прямо в небе) или миражами дальнего видения и наблюдают в северных широтах.
Физической причиной всех видов миражей является рефракция — искривление лучей, идущих к наблюдателю от объектов, находящихся на земной поверхности. Поскольку обычно температура атмосферного воздуха в разных местах над поверхностью земли неодинакова, показатель преломления света также различен в разных местах. Такие среды называются оптически неоднородными Если, наоборот, показатель преломления в среде постоянен, она называется оптически однородной. Свет в ней распространяется по прямой. А в оптически неоднородной среде луч искривляется. Как именно, зависит от того, в каком направлении но вертикали — вверх или вниз — уменьшается показатель преломления воздуха.
Если свет распространяется в среде, показатель преломления которой уменьшается в направлении снизу вверх, то, независимо от начального направления луча, он всегда будет искривляться так, чтобы его траектория была обращена выпуклостью вверх Если показатель преломления уменьшается в направлении сверху вниз, тогда выпуклая сторона изогнутого светового луча обращена вниз. Обшее правило состоит в следующем: в оптически неоднородной среде световой луч изгибается так, что его траектория всегда обращена выпуклостью в сторону уменьшения показателя преломления среды.
Насколько сильно будет искривляться световой луч в среде с непрерывно изменяющимся показателем преломления^ Это зависит от того, как быстро варьируется показатель преломления с высотой. Скорость его изменения характеризуют специальной величиной — градиентом показателя преломления. Градиент равен изменению величины (показателя преломления) на единичном расстоянии — сантиметре, метре. В данном случае речь идет о градиенте показателя преломления в вертикальном направлении. Чем он больше, тем круче изгибается световой пучок.