FATA MORGANA: UN FENOMENO FISICO INSOLITO MA ASSOLUTAMENTE INCREDIBILE AGLI OCCHI DI CHI OSSERVA

Tuttavia, la rifrazione non si verifica sempre.

n1 e n2 sono gli indici di rifrazione dei due mezzi

Esiste una legge, chiamata Legge di Snell, che descrive la deviazione di un raggio rifratto. Questa è raffigurata qui accanto, e parla piuttosto chiaro: la rifrazione può verificarsi solo se il raggio luminoso che colpisce la superficie del liquido non è troppo inclinato.

 La Legge di Snell non ci dice però cosa succede se incliniamo il raggio incidente oltre l’angolo limite necessario per avere rifrazione. Possiamo comunque estrapolare quest’informazione dalla vita quotidiana. Prima però ricordiamoci di quello che abbiamo visto poco fa: il raggio viene scomposto in una parte rifratta e una riflessa. Dato che – se è troppo inclinato – il raggio non viene rifratto, verrebbe da pensare che il raggio venga totalmente riflesso.

 Questo è effettivamente quello che succede. Ma quando ci accorgiamo di questo? E’ chiaro che stiamo cercando una situazione in cui osserviamo dei raggi luminosi che colpiscono la superficie del liquido con una grande inclinazione. Questo si verifica, ad esempio, quando guardiamo i riflessi delle montagne su un laghetto, o più in generale quando osserviamo qualcosa di lontano riflettersi nell’acqua.

 E’ essenziale che i raggi provengano da lontano per osservare questo fenomeno, altrimenti l’angolo con cui incidono sull’acqua consentirebbe anche la rifrazione. Ciò spiega anche perché non siamo più in grado di vedere cosa c’è sotto la superficie del liquido oltre una certa distanza. E’ evidente infatti che i raggi che si specchiano sulla sponda opposta del lago incidono con un angolo troppo grande per avere rifrazione.

 Insomma, abbiamo risposto anche alla seconda domanda: questo è ovviamente il motivo per cui parliamo di “specchi d’acqua”. E’ evidente che in certe condizioni qualunque superficie di liquido si comporta come uno specchio perfetto.

I raggi provenienti dagli alberi colpiscono l’acqua con una grande inclinazione, e quindi vengono riflessi totalmente

I Miraggi

 Ma cominciamo ad avvicinarci al misterioso fenomeno che abbiamo incontrato all’inizio dell’articolo. Prima di descriverlo dobbiamo senz’altro capire cos’è un miraggio e come si forma.

Il principio che permette di osservare i miraggi è lo stesso che sta dietro alla riflessione totale. In effetti un miraggio è effettivamente un esempio di riflessione totale. Quello che non è chiaro quale sia la superficie di interfaccia che permette di ottenere l’effetto osservato. Nei casi di cui abbiamo appena parlato, la riflessione si otteneva grazie alla superficie di separazione tra acqua e aria. Sappiamo però che i miraggi non hanno bisogno di nient’altro che aria per formarsi. Ma allora come si spiega il fenomeno?

Dunque, sappiamo che – come ogni altro mezzo in cui si propaga la luce – anche l’aria ha un proprio indice di rifrazione *** (abbiamo già incontrato gli indici di rifrazione parlando di particelle più veloci della luce). Quello che invece è meno ovvio è che questo indice di rifrazione dipenda dalla temperatura del gas. In particolare, l’indice di rifrazione dell’aria calda è minore di quello dell’aria fredda. Questo è fondamentalmente ciò che permette di spiegare i miraggi.

Immaginiamo infatti di osservare un ambiente caratterizzato da due masse d’aria a contatto, una molto calda e una molto fredda. Se – per qualche motivo – le due zone non si mescolano eccessivamente tra loro, la situazione non sarà molto diversa da quella di cui abbiamo trattato prima. La superficie di demarcazione tra le due zone d’aria si comporterà come una superficie di interfaccia tra un liquido e un gas (o tra due liquidi), e pertanto potrà generare riflessione totale.

Situazioni del genere si incontrano ad esempio quando stiamo percorrendo una strada asfaltata in un giorno dal clima torrido, oppure se ci troviamo nel deserto. In entrambi i casi la temperatura del suolo è molto elevata, e tende a scaldare l’aria a contatto con essa. Ne consegue che si forma una zona d’aria molto calda vicino al terreno.

Insomma, in termini di ottica non c’è differenza tra questa situazione e il caso in cui si sia formata un’enorme pozzanghera. Questo specchio può riflettere totalmente il cielo, dandoci l’impressione di avere di fronte a noi uno specchio d’acqua.

 Tuttavia, non appena ci avvicineremo allo strato d’aria calda, l’angolo di incidenza dei raggi luminosi che stavamo osservando torna minore dell’angolo critico, e la riflessione totale non avviene più. Ne consegue che non potremo mai osservare un miraggio da vicino. Se avete difficoltà a convincervene vi basterà pensare che il conducente dell’auto bianca nell’immagine a destra non si sta certo accorgendo di trovarsi sopra a un miraggio.

Ecco che allora abbiamo risposto alla terza domanda che ci eravamo posti all’inizio dell’articolo: come si forma un miraggio e perché viene scambiato per acqua?

La Fata Morgana

 Tuttavia, anche se sono di gran lunga più comuni, i miraggi di cui abbiamo appena parlato non sono gli unici che si possono formare. Immaginiamo ad esempio di trovarci in un deserto molto ventoso. Ora, se la corrente d’aria è molto calda e ben distante dal suolo, è possibile osservare un altro tipo di miraggi.

 Diversamente da prima, ora abbiamo una zona d’aria “fredda” a contatto col suolo e una molto più calda sopra di essa. Seguendo lo stesso ragionamento di prima, capiamo di poter osservare una riflessione totale su questo “specchio d’aria” rialzato. Ciò che sarà riflesso però non sarà più il cielo, ma il deserto. Inoltre l’immagine osservata risulterà capovolta!

 Ciò può sembrare molto strano, ma in effetti è proprio questo che succede. Quello che succede è ben rappresentato da quest’immagine:

L’immagine dell’oasi è effettivamente capovolta!

Possiamo allora finalmente arrivare alla nostra Fata Morgana. Per farlo è sufficiente chiederci: cosa osserviamo se abbiamo davanti entrambi i tipi di miraggio?

 Innanzitutto capiamo che le probabilità di osservare entrambi i fenomeni contemporaneamente sono davvero infime. Ad ogni modo, quello che dovremmo osservare è una serie continua di riflessioni e ribaltamenti dell’immagine riflessa. In generale quindi la Fata Morgana si verifica quando osserviamo una corrente d’aria fredda che scorre tra due zone di aria molto più calda. In presenza di queste condizioni quello che vediamo dovrebbe assomigliare a questo: