Espejismo

Un espejismo es un fenómeno óptico natural en el que los rayos de luz se curvan por refracción para producir una imagen desplazada de objetos distantes o del cielo. ^{[ 1 ]} La palabra llega al inglés a través del francés (se) mirer , del latín mirari , que significa "mirar, maravillarse". ^{[ 2 ]}

Los espejismos se pueden clasificar como "inferiores" (que significan inferiores), "superiores" (que significan superiores) y " Fata Morgana ", un tipo de espejismo superior que consiste en una serie de imágenes inusualmente elaboradas y apiladas verticalmente, que forman un espejismo que cambia rápidamente.

A diferencia de una alucinación , un espejismo es un fenómeno óptico real que puede captarse con una cámara, ya que los rayos de luz se refractan para formar la imagen falsa en la posición del observador. Sin embargo, lo que la imagen parece representar está determinado por la capacidad interpretativa de la mente humana. Por ejemplo, las imágenes de baja calidad en tierra firme se confunden fácilmente con los reflejos de una pequeña masa de agua.

En un espejismo inferior, la imagen del espejismo aparece debajo del objeto real. El objeto real en un espejismo inferior es el cielo (azul) o cualquier objeto distante (y por lo tanto azulado) en esa misma dirección. El espejismo hace que el observador vea una mancha brillante y azulada en el suelo.

Los rayos de luz que provienen de un objeto distante viajan a través de casi las mismas capas de aire y se refractan aproximadamente en el mismo ángulo . Por lo tanto, los rayos que vienen de la parte superior del objeto llegarán más abajo que los que vienen de la parte inferior. La imagen suele aparecer invertida, lo que acentúa la ilusión de que la imagen del cielo que se ve a lo lejos es un reflejo especular en un charco de agua o aceite que actúa como un espejo .

Si bien la aerodinámica es muy activa, la imagen del espejismo inferior es estable, a diferencia de la fata morgana, que puede cambiar en segundos. Dado que el aire más cálido asciende mientras que el aire más frío (al ser más denso ) desciende, las capas se mezclan, provocando turbulencias . La imagen se distorsiona en consecuencia; puede vibrar o estirarse verticalmente ( apareciendo muy alta ) o comprimirse verticalmente ( apareciendo muy baja ). También es posible una combinación de vibración y estiramiento. Si hay varias capas de temperatura presentes, varios espejismos pueden mezclarse, lo que podría causar imágenes dobles. En cualquier caso, los espejismos generalmente no superan el medio grado de altura (aproximadamente el diámetro angular del Sol y la Luna) y provienen de objetos situados entre decenas de metros y unos pocos kilómetros de distancia.

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  Un espejismo inferior visto en el desierto de Mojave en una primavera de Nevada.
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  Un espejismo inferior sobre la bahía de Grand Traverse en Michigan.

Bruma de calor

El espejismo de carretera caliente, en el que aparece "agua falsa" en la carretera, es el ejemplo más común de espejismo inferior.

Neblina de calor vista a través de los gases de escape de un motor a reacción.

La bruma de calor , también llamada espejismo de calor , se refiere al espejismo inferior que se observa al ver objetos a través de una masa de aire caliente. Los casos comunes en los que se produce la bruma de calor incluyen imágenes de objetos vistas a través de concreto asfáltico (también conocido como asfalto ), carreteras y sobre techos de mampostería en días calurosos, por encima y detrás del fuego (como en velas encendidas , calentadores de patio y fogatas ), y a través de los gases de escape de los motores a reacción . Cuando aparece en las carreteras debido al asfalto caliente, a menudo se le denomina "espejismo de carretera". También ocurre en los desiertos; en ese caso, se le denomina "espejismo del desierto". Tanto el asfalto como la arena pueden calentarse mucho cuando se exponen al sol, alcanzando fácilmente más de 10 °C (18 °F) por encima del aire a un metro (3,3 pies) de altura, lo suficiente como para crear las condiciones propicias para que se produzca el espejismo.  

La convección provoca variaciones en la temperatura del aire, y la diferencia entre el aire caliente en la superficie de la carretera y el aire frío y más denso que se encuentra por encima genera un gradiente en el índice de refracción del aire. Esto produce un efecto de brillo borroso que dificulta la resolución de la imagen y se acentúa al ampliarla con un telescopio o un teleobjetivo .

La luz del cielo que incide en un ángulo poco pronunciado sobre la carretera se refracta por el gradiente del índice de refracción, creando la ilusión de que el cielo se refleja en la superficie de la carretera. Esto puede parecer un charco de líquido (generalmente agua, pero posiblemente otros, como aceite) sobre la carretera, ya que algunos tipos de líquidos también reflejan el cielo. La ilusión se aleja a medida que el observador se acerca al objeto espejismo, produciendo un efecto similar al de acercarse a un arcoíris.

La bruma de calor no está relacionada con el fenómeno atmosférico de la bruma .

Arriba: Un espejismo superior de un avión sobre hielo, Estación McMurdo. Derecha: Un espejismo artificial, utilizando soluciones de azúcar para simular las capas de inversión. ^{[ b ]}

Un espejismo superior es aquel en el que la imagen del espejismo parece estar ubicada por encima del objeto real. Un espejismo superior ocurre cuando el aire debajo de la línea de visión es más frío que el aire por encima de ella. Esta disposición inusual se llama inversión térmica . Durante el día, el gradiente de temperatura normal de la atmósfera es aire frío sobre aire caliente. Al pasar por la inversión térmica, los rayos de luz se desvían hacia abajo, por lo que la imagen aparece por encima del objeto real, de ahí el nombre de superior . ^{[ 3 ]}

Los espejismos superiores son bastante comunes en las regiones polares , especialmente sobre grandes extensiones de hielo con una temperatura baja y uniforme. También se producen en latitudes más moderadas; sin embargo, en esos casos son más débiles y tienden a ser menos suaves y estables. Por ejemplo, una costa distante puede parecer más alta (y, por lo tanto, quizás más cercana) de lo que realmente es. Debido a la turbulencia, se observan picos y torres danzantes. Este tipo de espejismo también se denomina Fata Morgana o hafgerðingar en islandés . ^{[ 4 ]}

Un espejismo superior puede aparecer en posición vertical o invertida, dependiendo de la distancia al objeto real y del gradiente de temperatura. A menudo, la imagen se presenta como una mezcla distorsionada de partes superiores e inferiores.

Dado que la Tierra es redonda, si la curvatura descendente de los rayos de luz es aproximadamente igual a la curvatura terrestre , estos pueden viajar grandes distancias, incluso más allá del horizonte. Esto se observó y documentó en 1596, cuando un barco que buscaba el Paso del Noreste quedó atrapado en el hielo de Nueva Zembla , al norte del Círculo Polar Ártico . El Sol pareció salir dos semanas antes de lo previsto; el Sol real aún era visible bajo el horizonte, pero sus rayos seguían la curvatura de la Tierra. Este efecto se conoce comúnmente como espejismo de Nueva Zembla . Por cada 111,12 kilómetros (69,05 millas) que los rayos de luz recorren paralelamente a la superficie terrestre, el Sol aparecerá 1° más alto en el horizonte. La capa de inversión debe tener el gradiente de temperatura preciso a lo largo de toda la distancia para que esto sea posible. 

De igual modo, los barcos que se encuentran tan lejos que no deberían ser visibles por encima del horizonte geométrico pueden aparecer sobre el horizonte o incluso por encima de él como espejismos superiores. ^{[ 5 ]} Esto podría explicar algunas historias sobre barcos voladores o ciudades costeras en el cielo, descritas por algunos exploradores polares. Estos son ejemplos de los llamados espejismos árticos, o hillingar en islandés.

Si el gradiente de temperatura vertical es de +12,9 ° C (23,2 °F) por cada 100 metros (donde el signo positivo indica que la temperatura aumenta a mayor altitud), los rayos de luz horizontales seguirán la curvatura de la Tierra y el horizonte aparecerá plano. Si el gradiente es menor (como suele ser el caso), los rayos no se desvían lo suficiente y se pierden en el espacio, lo cual es la situación normal de un horizonte esférico y convexo.  

En algunas situaciones, los objetos distantes pueden elevarse o descenderse, estirarse o acortarse sin que intervenga ningún espejismo.

Fata Morgana

Una Fata Morgana (nombre derivado de la traducción italiana de Morgan le Fay , el hada, hermanastra del rey Arturo con la capacidad de cambiar de forma) es un espejismo superior muy complejo. Se manifiesta con alternancias de áreas comprimidas y estiradas, imágenes erguidas e imágenes invertidas. ^{[ 6 ]} Una Fata Morgana es también un espejismo de rápida transformación.

Los espejismos de Fata Morgana son más comunes en las regiones polares , especialmente sobre grandes extensiones de hielo con una temperatura baja y uniforme, pero pueden observarse en casi cualquier lugar. En las regiones polares, un espejismo de Fata Morgana puede observarse en días fríos; en zonas desérticas y sobre océanos y lagos, puede observarse en días cálidos. Para que se produzca un espejismo de Fata Morgana, la inversión térmica debe ser lo suficientemente fuerte como para que la curvatura de los rayos de luz dentro de la inversión sea mayor que la curvatura de la Tierra . ^{[ 6 ]}

Los rayos se curvarán y formarán arcos . Un observador necesita estar dentro de un conducto atmosférico para poder ver un espejismo de Fata Morgana. ^{[ 7 ]} Los espejismos de Fata Morgana pueden observarse desde cualquier altitud dentro de la atmósfera terrestre , incluso desde cimas de montañas o aviones. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

Las distorsiones de la imagen y la desviación de la luz pueden producir efectos espectaculares. En su libro " Persecución: La persecución y el hundimiento del Bismarck" , Ludovic Kennedy describe un incidente que supuestamente tuvo lugar al sur del estrecho de Dinamarca en 1941, tras el hundimiento del Hood . El Bismarck , mientras era perseguido por los cruceros británicos Norfolk y Suffolk , desapareció de la vista entre la niebla marina. En cuestión de segundos, el barco reapareció, navegando a gran velocidad hacia los buques británicos. Alarmados, los cruceros se separaron, anticipando un ataque inminente, y los observadores de ambos barcos contemplaron con asombro cómo el acorazado alemán se agitaba, se volvía indistinto y se desvanecía. El radar durante estos sucesos indicó que el Bismarck , de hecho, no había modificado su rumbo.

Secuencia de una Fata Morgana de las Islas Farallón vista desde San Francisco

La misma secuencia que una animación

Las condiciones para que se produzca un espejismo pueden darse tanto de noche como de día. En ciertas circunstancias, se pueden observar espejismos de objetos astronómicos y espejismos de luces de vehículos en movimiento, aeronaves, barcos, edificios, etc., durante la noche. ^{[ 1 ]}

• Refracción atmosférica
• Fenómenos de refracción similares y de aproximación

• Lynch, David K.; Livingston, William Charles; Livingston, William (11 de junio de 2001). Color y luz en la naturaleza . Cambridge University Press. ISBN 0-521-77504-3.

• Explicación de todo tipo de espejismos
• Diario chino, raro espejismo en Penglai
• El espejismo superior
• El espejismo inferior
• El espejismo de la autopista
• Espejismo de Fata Morgana desde el Sendero de la Divisoria Continental
• Bowley, Roger (2009). "Espejismos" . Sesenta símbolos . Brady Haran para la Universidad de Nottingham .