I Miraggi

Illusione ottica dei miraggi

Fin dall’antichità le illusioni ottiche hanno suscitato forti emozioni che spaziano dalla paura allo sgomento, dalla meraviglia, allo stupore. I miraggi, proprio per il loro mistero, hanno affascinato l’uomo più di ogni altra manifestazione ottica: per la loro forza espressiva lasciano nelle nostre menti impressioni che stupiscono ed incantano.

Oggi la scienza è in grado di fornire l’interpretazione rigorosa dei fenomeni atmosferici ed il timore svanisce lasciando il posto alla sorpresa ed alla meraviglia.

Le principali illusioni ottiche possono essere di natura sia fisiologica che fisica. Nel primo caso si tratta di inganni derivanti dai processi cognitivi. Nel secondo si tratta di deformazioni derivanti da vere e proprie incurvature che subiscono i raggi luminosi, quando attraversano zone di atmosfera disomogenee (miraggi atmosferici), oppure quando la luce proveniente da una galassia lontana viene curvata dalla gravità di un oggetto massivo lungo la linea d’osservazione (miraggio gravitazionale).

I miraggi atmosferici nella storia

Il primo studio scientifico dei miraggi risale al 1798, ed è attribuito al matematico francese Gaspard Monge, il quale li osservò durante le sue spedizioni scientifiche in Egitto. Monge, a seguito di Napoleone, osservò che i battaglioni in marcia, se osservati da lontano, sembravano galleggiare in aria, deformarsi ed allungarsi; l’esercito francese appariva, quindi, più numeroso di quanto fosse in realtà. Lo scienziato notò che il particolare fenomeno atmosferico mutava le dimensioni dei numerosi accampamenti francesi nel deserto, trasformandoli in vere e proprie fortificazioni.

Capì che lo studio di questo sconosciuto fenomeno fisico avrebbe potuto aiutare le necessità belliche di Napoleone; fece, quindi, notare ai generali francesi Berhollet e Desaix che il deserto avrebbe potuto rendere invisibili oppure moltiplicare il numero delle loro armi schierate sul campo.

Il particolare che impressionò maggiormente Monge fu che, durante queste apparizioni, il deserto assumeva la forma di un elusivo lago d’acqua. Quando tornò in patria per descrivere il fenomeno, coniò il termine “se mirer” che può essere tradotto letteralmente con si riflette; in seguito il termine fu tradotto in mirage (inglese) ed in miraggio (italiano).

L’esperienza di Monge ha influenzato la cultura popolare mediterranea che è solita associare il fenomeno solamente alle regioni calde e secche dei deserti. I miraggi si manifestano maggiormente sulle distese marine e nelle regioni artiche e, non a caso, gli osservatori asiatici (non influenzati da Monge) attribuirono al fenomeno nomi con l’elemento acqua nell’etimo; per questo motivo in Giappone furono adottati i termini nigemidu e kagenuma (rispettivamente allagamento e falsa distesa d‘acqua) e, nel cinese antico, l’espressione shuiying indicava una finta immagine sull’acqua.

Alcuni scrittori e scienziati, compreso Monge, formularono un’interessante teoria circa il passaggio biblico del Mar Rosso. Questa teoria sostiene che l’esercito egiziano, inseguendo gli israeliti, si rifiutò di oltrepassare le sue acque perché suggestionato da un miraggio. L’evento fu spiegato così: gli israeliti osservarono il Mar Rosso e videro che era formato da una vastissima distesa d’acqua, ma quando arrivarono sulle sue sponde, non ne trovarono traccia e ritennero che l’acqua si fosse ritirata; in realtà avevano in precedenza osservato un miraggio. Dopo aver oltrepassato il guado si voltarono e videro l’esercito egiziano immerso dall’acqua, proprio nello stesso punto dove loro erano già passati; stavano osservando un miraggio per la seconda volta perché il deserto appariva erroneamente allagato. Gli egizi, una volta giunti anche loro sulle sponde del Mar Rosso, videro gli israeliti muoversi sopra la distesa d’acqua e si fermarono, ritenendo che i fuggitivi avessero poteri soprannaturali. L’esercito del faraone non capì che stava osservando il miraggio di una falsa distesa marina. Una esperienza simile la possiamo vivere quotidianamente osservando d’estate l’asfalto che sembra liquefarsi nei punti più lontani dall’osservatore (vedi miraggi inferiori).

Dall’esempio descritto si deduce che l’ignoranza scientifica può essere la causa della cattiva interpretazione di un miraggio. Durante i secoli navigatori, mercanti ed esploratori sono stati ingannati dalla Natura che, illudendo il senso della vista, ha fatto perdere loro i giusti punti di riferimento. Ancora oggi, molti osservatori occasionali credono addirittura di avere dei problemi con la vista, quando osservano tali fenomeni.

La formazione dei miraggi atmosferici

Le illusioni ottiche fisiche appartengono alla famiglia delle fotometeore e sono prodotte dalle differenze di temperatura fra i diversi strati d’aria e fra questi e la superficie terrestre. Sotto particolari condizioni, oggetti e panorami, posti a notevole distanza dall’osservatore, possono produrre immagini virtuali ed essere osservati deformati, sdoppiati o capovolti, anche da diversi spettatori, distanti fra loro molti chilometri.

I miraggi si possono manifestare principalmente con modalità diverse: “miraggi inferiori”,  “miraggi superiori”, con tre rifrazioni, con più di tre rifrazioni (Fata Morgana).

Nel caso dei miraggi inferiori, gli strati atmosferici più bassi, a contatto diretto con il suolo, si riscaldano maggiormente rispetto a quelli superiori; di conseguenza, se non si producono correnti ascensionali, si crea un vero e proprio tappeto di aria calda instabile sul suolo e quindi una variazione verticale di densità dell’aria tale da produrre fenomeni di rifrazione e di riflessione. I raggi luminosi che incontrano questo spessore d’aria non si propagano in modo rettilineo, ma si curvano verso l’alto, producendo un’immagine virtuale capovolta verso il basso.

Per capire bene il meccanismo si deve comprendere il concetto di rifrazione: quando la luce colpisce la superficie di separazione tra due masse di aria diverse, si divide in due parti, una parte viene riflessa con un angolo di riflessione uguale all’angolo di incidenza, l’altra parte continua a propagarsi oltre la superficie di separazione. Se il raggio incidente non è perpendicolare alla superficie di separazione, il raggio che penetra nel secondo materiale ha una direzione diversa da quella del raggio incidente. Questo raggio è chiamato raggio rifratto e mostra uno dei seguenti comportamenti: quando la luce passa da un mezzo con indice di rifrazione minore a uno con indice di rifrazione maggiore (ad esempio dall’aria all’acqua), il raggio rifratto si avvicina alla normale (si propaga nell’acqua); quando la luce passa da un mezzo con indice di rifrazione maggiore (l’acqua) a uno con indice di rifrazione minore (l’aria), il raggio rifratto si allontana dalla normale e si propaga in aria. L’esempio più frequente di miraggio inferiore è quello che si verifica d’estate sulle distese asfaltate, dove si raggiungono anche i 70°C nei primi 15 cm d’altezza dal suolo. Da lontano, sembra che la strada sia “bagnata”: ma quello che si vede è il cielo riflesso dallo strato di aria calda che sovrasta l’asfalto. Un esempio di questi miraggi è quello descritto da Latham W., verificatosi nel Canale della Manica, in cui le coste francesi apparvero incredibilmente vicine. Gli antichi popoli nordici chiamavano hillingar questo genere di miraggi, che arrivano a mostrare ai naviganti lontane linee costiere, situate ben sotto l’orizzonte. Secondo alcuni studiosi, gli hillingar hanno contribuito alla scoperta dell’Islanda e della Groenlandia.

Il miraggio superiore invece si genera quando lo strato di aria è più freddo del suolo e più denso degli strati di aria superiori. L’effetto visibile è ribaltato rispetto al miraggio inferiore.

 Miraggi inferiori

Miraggio inferiore di un aereo in corsa di decollo

Variazione dei miraggi durante la giornata:  foto della Torre della Meloria davanti a Livorno riprese dalla spiaggia di Marina di Pisa. L’immagine di sinistra è stata ripresa la mattina alle ore 08:30 e testimonia un miraggio inferiore. L’immagine centrale delle ore 12:30 registra un miraggio inferiore di minore intensità. La foto di destra non ha registrato nessun miraggio ed è stata scattata alle ore 19:30.

La Fata Morgana è un miraggio con più di 3 riflessioni

Vediamo un caso con 5 riflessioni:

Fata Morgana (foto di Rouyce Hutain tratta dal libro Luci e Colori del Cielo, Ronca Editore)

 Miraggi inferiori ripresi da Marina di Pisa verso il orto di Livorno