Capitano, miraggio in vista!

Probabilmente tra gli oggetti più vicini al mondo onirico, i miraggi sono sempre stati parte del fascino e delle inquietudini della storia umana.

Capitano, miraggio in vista!
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I meccanismi di interazione luce/materia e il fenomeno di propagazione dell'onda elettromagnetica e la sono fenomeni complessi che costituiscono una scienza a sé: l'ottica. Anche la percezione che il nostro occhio ha di tali fenomeni è importante e a questo proposito è importante distinguere allucinazioni e miraggi: le prime sono frutti della nostra psiche e non esistono nel mondo reale, al contrario i miraggi sono fenomeni fisici, descritti da leggi fenomenologiche e, per tale motivo, possibili da immortalare. Insieme alle aurore boreali, i miraggi sono tra gli effetti più affascinanti scaturiti dalla luce, da sempre oggetti di miti e leggende, e in questo speciale vedremo come essi funzionano e come si suddividono; tra queste suddivisioni vi è un fenomeno che ha radici nel nostro Paese: la fata morgana.

Nozioni di fisica

La radiazione luminosa, attraversando un mezzo (l'atmosfera, l'acqua, un metallo ecc.), è soggetta all'indice di rifrazione n: si tratta di una proprietà intrinseca del materiale, la quale ci quantifica la discrepanza tra la velocità nel vuoto (circa uguale a 300000000 m/s) e la velocità nel mezzo che attraversa.

Secondo la legge di Snell, passando da un materiale all'altro, la luce subisce un cambiamento della sua traiettoria che ne fa variare l'angolo. L'esempio classico di tale fenomeno di rifrazione è dato da un oggetto osservato in un bicchiere d'acqua: mentre l'indice dell'aria è molto vicino a 1, per l'acqua n vale 1,33; tali numeri si osservano nella pratica come l'ombrellino (usato come esempio nell'immagine qui sotto) che apparentemente dentro l'acqua sembra spezzato.

Per quanto riguarda i miraggi, il mezzo in cui la luce subisce variazione di direzione è lo stesso: l'aria. Essendo la nostra atmosfera non omogenea, soprattutto aumentando di quota, l'indice di rifrazione varia costantemente. Caso ancora più particolare è quando varia anche la temperatura, e non di poco, dallo strato adiacente il terreno ad altezze più alte, innescando miraggi superiori e/o inferiori.

Fisica e neurologia

La temperatura, così come la quota, influisce sulla densità dell'aria: più precisamente, l'aria fredda è più densa di quella calda e ciò comporta un aumento dell'indice di rifrazione. Le condizioni di temperatura normalmente presenti nell'atmosfera non sono in grado di far variare così tanto la densità dell'aria; al contrario, in condizioni in cui il suolo è fortemente riscaldato, come nei deserti e nelle strade asfaltate, e dove la variazione di temperatura è almeno di 2 gradi per ogni metro di altezza, la luce viene piegata abbastanza da creare un'immagine doppione.
Il motivo per cui il cervello elabora in questo modo un oggetto è dovuto al funzionamento della vista.

Ciò che arriva al nostro occhio sono i fotoni riflessi dalle superfici; considerando il punto in cui colpiscono la retina, il nostro cervello è in grado di dare una collocazione spaziale a ciò che guardiamo senza sapere l'intero percorso svolto dalla luce.
La porzione di radiazione elettromagnetica che normalmente non raggiungerebbe il nostro occhio, in condizioni di elevata differenza termica, viene curvata ed è in grado di colpire la ritina in un punto, però diverso; i neuroni, elaborano le informazioni visive come se fossero un secondo oggetto collocato in un punto distinto.

Miraggio inferiore

Per i casi già descritti, in cui il suolo è nettamente più caldo dell'aria al di sopra di esso, stiamo osservando un miraggio inferiore, in cui la luce è piegata dal basso verso l'alto, creando un'immagine al di sotto dell'oggetto (da qui, inferiore).
Le zone in cui questo effetto è più visibile sono i deserti e le strade asfaltate, perché l'alto calore generato dal suolo fornisce la condizione per cui questi effetti vengono mostrati. Un oggetto spesso riflesso in questa maniera è il cielo: vedendo una macchia celestina al suolo, il nostro occhio lo elabora di solito come una pozza d'acqua; questo effetto è il motivo per cui viandanti sperduti nel deserto spesso finirono per osservare oasi che nella realtà non esistono.

L'immagine creata dal miraggio viene capovolta e non è più grande di mezzo grado di altezza, comprendendo solo oggetti distanti pochi chilometri.
Dal momento che l'aria calda sale e quella fredda scende, le condizioni non sono stabili e il miraggio inferiore spesso dura poco tempo; la turbolenza data dall'incontro dell'aria calda e fredda genera tremolii, allungamenti e piegamenti. Se gli strati di temperatura sono molteplici, si osservano più di un miraggio o mescolamenti tra essi.

Miraggio superiore

In una situazione contraria di inversione termica, quando la superficie è nettamente più fredda dell'aria abbiamo un'immagine al di sopra rispetto l'originale: ciò viene chiamato miraggio superiore. Per via delle condizioni termiche, l'immagine è meno comune ma anche più stabile (l'aria calda rimane in alto e quella fredda in basso), il doppione può essere invertito, non invertito o un miscuglio dei due.

Si presenta più comunemente ai poli, dove i ghiacciai forniscono la temperatura ideale al suolo e all'acqua, e proprio in queste zone, nello specifico nel passaggio a nord-est, che avvenne la prima documentazione scritta del miraggio Novaya Zemlya nel 1596, che prende il nome dall'omonimo arcipelago russo: si tratta di un miraggio superiore di un oggetto dietro l'orizzonte. Una nave, che non è osservabile perché troppo lontana, può comunque generare una sua immagine proiettando nel cielo ciò che a noi sembra una nave volante; grazie a questo effetto si spiegano numerose leggende su vascelli fantasma e galeoni volanti.

Tale effetto ci spiega anche perché il cielo si schiarisce durante l'alba, quando il sole anche non ha (ancora) fatto capolino dietro l'orizzonte. Scomodando la cronaca recente, sono queste condizioni che hanno permesso all'Ucraina di affondare una nave russa non visibile.

Ultimo caso in esame è la fata morgana, fenomeno fisico di cui avevamo già parlato, che prende il nome dalla maga Morgana, personaggio e leggenda medievale del ciclo arturiano. Il nome del fenomeno ottico è italianizzato anche all'estero, perché tale fenomeno è spesso e storicamente associato allo stretto di Messina, dove si osservano levitazioni e avvistamenti all'apparenza magici.

Si tratta di un miraggio superiore complesso che si manifesta sopra l'orizzonte, che necessita di un piegamento della luce maggiore della curvatura terrestre; avviene all'interno di una fascia atmosferica calda circondata da aria fredda, le quali agiscono da lenti rifrangenti.

È possibile osservarle a qualunque altitudine anche a occhio nudo, purché ci si trovi sotto o dentro la fascia citata sopra. Il miraggio che vi scaturisce è altamente distorto, con zone trazionate e zone compresse, spesso non riconoscibile, muta in pochi secondi, può essere sia invertito o meno, è formato da almeno tre immagini e spesso impilate una sull'altra.

Fonte: Siberian Federal University