Не верь глазам своим: Очарование странников

Мои школьные годы прошли в маленьком полярном чукотском городке Певек, полном разнообразных чудес: от белых медведей на улицах до самого сильного в мире постоянного ветра «южак», от фантастических северных сияний зимой до не менее фантастических миражей летом. Правда, нам, местным жителям, миражи фантастикой не казались. Ну и что, что ясным летним днем великолепно виден остров Айон, который лежит от города на расстоянии полусотни километров. Или вместо одной линии горизонта их три, параллельно одна над другой. И там идут сразу три каравана судов. Причем средние — вверх килем. А мы сидим на берегу, бросаем камешки в Северный Ледовитый океан и лениво рассуждаем: если, например, по судну ракету выпустить, то в какой сухогруз нужно целиться: в нижний, средний или верхний?

Миражи — явление обычное не только для жарких пустынь, но и для холодных арктических территорий. Главное — неравномерно нагретые слои воздуха, которые в избытке присутствуют в этих уголках Земли. В зависимости от расположения слоев «бутерброда» миражи бывают двух типов — нижние и верхние. Нижним называется самый известный мираж — пустынный. Он появляется, когда у поверхности земли образуется прослойка более горячего воздуха. Понятно, что чаще всего они возникают в пустыне, когда солнце нагревает землю до состояния раскаленной сковороды. Но ехать в пустыню для того, чтобы увидеть такой мираж, вовсе необязательно — солнечным летним днем их полно и в нашей средней полосе, достаточно посмотреть на асфальт. Да, эти небольшие «лужи», которые возникают в мареве на шоссе, не что иное, как самый настоящий нижний мираж.

Физика этого явления проста. Нагретый воздух имеет более низкую плотность, чем холодный. Коэффициент преломления воздуха сильно зависит от его плотности. Если температура (а значит, и плотность) воздуха по мере удаления от земли уменьшается (так называемый нормальный температурный градиент), то в атмосфере фактически образуется призма. Световой луч, проходящий через такую призму, не распространяется по прямой, а отклоняется.

Что же представляют собой эти «лужицы»? Нижние миражи дают возможность увидеть кусочек неба, и это вызывает иллюзию водной глади, в которой отражается голубое небо. Умирающие от жажды путешественники в пустыне видели точно такие же «озера», и, думая, что это спасительный водоем, спешили навстречу своей смерти. Никаких дворцов, пальм или гурий они видеть не могли — это игры воображения (которое справедливо считает: если есть вода, значит, есть дворцы, пальмы и все остальное).

Увидеть спрятанное за горизонтом можно в другом месте — Арктике (или над морем). Именно там летом «водятся» самые красивые — верхние, или арктические, миражи. Образуются они над поверхностью Северного Ледовитого океана, который большую часть лета гладок как зеркало. Вода в Арктике, как правило, не прогревается выше 5−80С, зато воздух, принесенный с континента, может достигать +300С. В отличие от нижних, пустынных, миражей, в арктических слои термического «бутерброда» расположены иначе — холодный воздух внизу, а теплый — наверху (это называется температурной инверсией). Такой «бутерброд» более стабилен — холодный воздух тяжелее и не стремится подняться вверх. Поэтому границы арктических миражей более четкие и практически не колеблются в воздухе, в отличие от пустынных. Но самое интересное в них, что пути лучей загибаются не вверх, а вниз (отклоняясь в сторону более холодного, то есть плотного воздуха).

В итоге мы начинаем видеть гораздо дальше, как будто Земля становится более плоской. Причем, чем выше температурный градиент, тем более изогнутой становится траектория лучей. Самое интересное начинается, когда температурный градиент составляет 11,20С на каждые 100 м. При таких условиях кривизна траектории лучей начинает точно соответствовать кривизне поверхности Земного шара! И дальность нашего видения ограничивается лишь прозрачностью воздуха. Если бы наша атмосфера была идеально прозрачной (а океан тянулся бы вокруг Земли), то, стоя на берегу Северного Ледовитого океана и глядя в хорошую подзорную трубу, мы могли бы увидеть собственный затылок!

А что будет происходить, если температурный градиент превысит 11,20С на 100 м (что в Арктике случается нередко)? Видимый горизонт будет располагаться гораздо выше реального. А если там видны острова или льды, то Земля и вовсе будет напоминать блюдце с поднятыми краями. Многие историки именно этой оптической иллюзии приписывают представление древних викингов о том, что наша Земля имеет форму блюдца, а его края не дают океанам вылиться.

Но это еще не все. Из-за относительной неподвижности воздуха над океаном часто образуются чередующиеся слои разных температур. В этом случае миражи получаются слоистыми, причем каждый второй мираж оказывается перевернутым, как будто отраженным в зеркале.

Не всегда миражи губили путников. История знает немало случаев, когда миражи (в основном арктические) послужили серьезной движущей силой географических открытий и освоения новых земель. Как известно, из-за кривизны земной поверхности дальность, на которой можно наблюдать любой предмет, зависит от его высоты. Например, 3-метровый айсберг в ясную погоду виден за 20 км, а пик высотой 1 км — за 120 км (это простая геометрия). Путешественники часто использовали эти соотношения в оценке расстояний до крупных объектов. Но миражи заставляли их идти вперед и вперед.

Лучшая иллюстрация — плавание скандинавских викингов из Исландии в Гренландию. В 874 году викинги обосновались в Исландии, скорее всего, узнав о существовании острова от кельтов. Столетие спустя вожак викингов Эрик Рыжий был изгнан из Исландии за непредумышленное убийство. Он хорошо знал норвежские саги, рассказывающие о земле в северо-западном океане, и легенды о существовании земли за горизонтом. Когда Эрик и его команда отплыли в 982 году от северо-восточного побережья Исландии в поисках места для жизни, они направились прямо на северо-запад. Это кратчайший путь в Гренландию, до которой примерно 300 км. Однако на пути корабли поджидал встречный ветер, а течение снесло их на ледяное поле у побережья. Поэтому они повернули на юг и прошли еще несколько сотен трудных километров, прежде чем достигли фиордов южной Гренландии.

Если бы Эрик сразу пошел южным путем, он бы легко достиг южного побережья Гренландии. Что же заставило его выбрать тяжелый северо-западный маршрут? При нормальных условиях берега Гренландии не видны даже с самых высоких точек Исландии. Обманули Эрика арктические миражи, и вместо того чтобы идти, как предписывали саги, он пошел к цели напрямую.

В путешествии викингов из Гренландии в Северную Америку, где они основали колонию Винланд, скорее всего, тоже виноваты арктические миражи. Изменив ход лучей, они сделали видимыми горы мыса Дайер, расположенные на расстоянии 440 км. Именно это позволило впервые послать экспедицию во главе с сыном Эрика Лейфом и освоить новый, доселе неизвестный материк.