سراب (mirage) چیست؟ در کارتون‌ها، سراب‌ها توهماتی پیچیده از واحه‌های گرمسیری هستند که با درختان نخل و استخرهای مجلل همراهند. این سراب‌ها ناگهان در بیابان داغ ظاهر می‌شوند و درست زمانی که قهرمان اسیر آفتاب، قصد غوطه‌ور شدن در آن‌ها را دارد، ناپدید می‌شوند. این نوع توهم به‌طور کامل افسانه است، اما سراب‌ها واقعاً وجود دارند و می‌توانند شما را وادار کنند که یک برکه آب را در جایی که وجود ندارد ببینید. در مناطق گرم، مردم به‌طور مرتب آن‌ها را در کنار بزرگراه مشاهده می‌کنند. حتی نام خاصی برای این توهم رایج وجود دارد: سراب بزرگراهی (highway mirage).
در اینجا ما اصول علمی ساده‌ای را که پشت این پدیده عجیب وجود دارد، بررسی خواهیم کرد. همچنین به برخی سراب‌های کمتر رایج، مانند جزایر و کشتی‌ها خیالی معلق خواهیم پرداخت.
خم‌شدن پرتوهای نور
در رایج‌ترین نوع سراب، یک جسم به‌گونه‌ای به نظر می‌رسد که گویی به‌عنوان یک برکه آب بر روی زمین منعکس شده است. این پدیده ناشی از شکست نور (refraction) — خم شدن پرتوهای نور — است. نور زمانی خم می‌شود که از یک محیط به محیط دیگر منتقل می‌شود؛ برای مثال، از هوا به آب، یا حتی از هوای خنک به هوای داغ‌تر. این ممکن است ایده عجیبی به نظر برسد، اما در واقع بسیار ساده است.
تصور کنید که یک چرخ‌دستی خرید را در یک پارکینگ هل می‌دهید. اگر نیروی ثابتی را اعمال کنید، سرعت چرخ‌دستی به نوع سطحی که بر روی آن حرکت می‌کند- در این مورد، سطح آسفالت پارکینگ- بستگی دارد. چه اتفاقی می‌افتد وقتی که چرخ‌دستی را به سمت یک منطقه چمنی هل می‌دهید؟ اگر آن را به‌طور مستقیم به سمت چمن هل دهید، به سادگی سرعتش کند می‌شود. محیط چمن، مقاومت بیشتری دارد، بنابراین انرژی بیشتری برای حرکت چرخ‌دستی لازم است.
اما اگر چرخ‌دستی را تحت زاویه‌ای به سمت چمن هل دهید، اتفاق دیگری می‌افتد. اگر چرخ راست، اول به چمن برسد، کند می‌شود در حالی که چرخ چپ هنوز بر روی آسفالت است. از آنجایی که چرخ چپ به‌طور موقت با سرعت بیشتری نسبت به چرخ راست حرکت می‌کند، چرخ‌دستی در حالی که به چمن وارد می‌شود به سمت راست می‌چرخد. به‌طور مشابه، اگر از یک منطقه چمنی به یک منطقه آسفالتی بروید، یک چرخ قبل از دیگری سرعت می‌گیرد و چرخ‌دستی می‌چرخد.
امواج نور به‌طور مشابه عمل می‌کنند. سرعت آن‌ها به نوع محیطی که از آن عبور می‌کنند بستگی دارد. در خلأ فضا، نور با بالاترین سرعت حرکت می‌کند زیرا هیچ ماده‌ای آن را کند نمی‌کند. اما در یک ناحیه پر از ماده، مانند جو گازی زمین، نور با سرعت کمتری حرکت می‌کند. هنگامی که نور تحت زاویه‌ای از یک محیط به محیط دیگر حرکت می‌کند، یک بخش از موج نور، به‌طور آنی سرعتش تغییر می‌کند و بخش دیگر هنوز سرعتش تغییر نکرده، و نور خم می‌شود.
ساخت سراب
سراب‌ها زمانی رخ می‌دهند که تغییر سریع در چگالی هوا در جو وجود داشته باشد — یعنی زمانی که هوا در یک سطح، خیلی گرم‌تر از هوای سطح مجاور باشد.
این اتفاق معمولاً در روزهای تابستانی، زمانی که یک جاده آسفالت که در آفتاب داغ شده، هوای بالای خود را گرم می‌کند و در نتیجه یک تغییر شدید در سطوح چگالی هوای نزدیک به زمین ایجاد می‌کند رخ می‌دهد. هنگامی که نور از میان سطوح مختلف عبور می‌کند، خم می‌شود و سراب‌ها را ایجاد می‌کند.
به‌طور معمول، نور خورشید که از یک جسم (بیایید بگوییم یک ماشین) منعکس می‌شود، در تمام جهات پخش می‌شود. شما ماشین را زمانی که چشمان شما این نور را تشخیص می‌دهد می‌بینید. در یک روز ابری، شما فقط نوری را می‌بینید که به‌طور مستقیم به سمت شما از ماشین منعکس می‌شود. این نحوه دیدن اشیاء در بیشتر اوقات است.
در یک روز آفتابی‌تر، نوری که به‌طور مستقیم به سمت شما می‌آید، درست مانند همیشه عمل می‌کند — یعنی به‌طور معمول از میان لایه‌های مختلف چگالی هوا عبور نمی‌کند، بنابراین خیلی خم نمی‌شود. اما برخی از نوری که معمولاً به زمین می‌رسد، در میانه هوا خم می‌شود زیرا از هوای خنک‌تر و چگال‌تر به هوای گرم‌تر و کم‌چگال‌تر درست بالای سطح زمین منتقل می‌شود. این یک اثر جالب تولید می‌کند.
ابتدا قسمت پایین‌تر موج نور بین لایه‌ها عبور می‌کند، بنابراین در آنی سرعتش بیشتر از قسمت بالایی می‌شود. این نوری که معمولاً به‌طور مستقیم به زمین می‌رسد، به سمت بالا خم می‌شود و به چشمان شما می‌رسد. نتیجه این است که شما تصویر ماشین را دو بار می‌بینید — یک بار در بالای جاده و یک بار بر روی سطح جاده. نوری که از قسمت پایین‌تر ماشین می‌آید، نسبت به نوری که از بالای ماشین می‌آید بیشتر به سمت بالا خم می‌شود، بنابراین تصویر سراب شبیه به یک بازتاب به نظر می‌رسد.
سراب‌های زیرین و بالایی
مغز شما فرض می‌کند که نور در یک خط مستقیم حرکت می‌کند، بنابراین به نظر می‌رسد که یک تصویر آینه‌ای زیر تصویر عادی وجود دارد. این سراب درست مانند یک برکه آب بر روی جاده به نظر می‌رسد زیرا، مانند یک برکه آب، بازتابی از آنچه در بالای آن است را منعکس می‌کند. این نوع سراب «سراب زیرین (Inferior Mirage)» نامیده می‌شود زیرا زیر افق ظاهر می‌شود.
سراب‌های بالایی (Superior Mirages)، سراب‌هایی هستند که بالای افق تشکیل می‌شوند. این زمانی اتفاق می‌افتد که یک سطح هوای خنک‌تر در زیر یک سطح هوای گرم‌تر قرار داشته باشد: معمولاً بر روی مناظر یخ‌زده یا آب بسیار سرد. این سراب باعث می‌شود که شما صحنه‌ای را ببینید که بسیار بالاتر از آنچه باید باشد، به نظر می‌رسد. به‌عنوان مثال، ممکن است توده‌ای از زمین یا یک قایق را در حالت شناور در هوا ببینید. این وضعیت همچنین ممکن است تصاویر را تحریف کند و باعث شود قایق به‌طور غیرمعمولی بلندتر از آنچه که واقعاً هست به نظر برسد.
شما می‌توانید یک توهم نوری شبیه به این را هر روزی که آسمان صاف است مشاهده کنید.: زمانی که نور خورشید وارد جو ما می‌شود، به‌طور قابل توجهی کند می‌شود. در نتیجه، به سمت زمین خم می‌شود. در اثر این شکست نور، وقتی خورشید در آسمان در ارتفاع کم (و نزدیک غروب) است به نظر می‌رسد که در موقعیت بالاتری است (ولی نیست). وقتی به نظر می‌رسد که خورشید در حال رفتن به زیر افق است، در واقع به زیر افق رفته است. جو در حال خم کردن نور در امتداد خمیدگی کره زمین است!
