سراب چیست و آن را چگونه تشخیص دهیم؟

احتمالاً شما هم در یک روز گرم تابستانی چه در جاده ای آسفالته باشید و چه در دل کویر منظره ای شبیه به آب یا برکه ای را در دوردست دیده اید که با نزدیک شدن به آن محو می شود. این پدیده جذاب و گاهی فریبنده همان سراب است که نه یک توهم محض بلکه یک خطای دیداری فیزیکی است که ریشه در رفتار نور و شرایط خاص جوی دارد. درک سراب به ما کمک می کند تا بدانیم چرا چشمان ما در شرایط خاص چنین تصاویری را می بیند و چگونه می توانیم آن را از واقعیت تمیز دهیم.

سراب یک پدیده اپتیکی است که زمانی رخ می دهد که نور از محیط هایی با چگالی متفاوت عبور می کند. در شرایط جوی خاص به خصوص در روزهای بسیار گرم لایه های هوای نزدیک سطح زمین به شدت گرم می شوند. هوای گرم تر چگالی کمتری نسبت به هوای سردتر بالای خود دارد.

این اختلاف چگالی باعث می شود که ضریب شکست نور در لایه های مختلف هوا تغییر کند. نور با سرعت متفاوتی در این لایه ها حرکت می کند و مسیر آن خم می شود. این خم شدن نور که پدیده شکست نور نام دارد اساس تشکیل سراب است.

خم شدن پرتوهای نور

هنگامی که نور از محیطی با ضریب شکست بیشتر (هوای سردتر و متراکم تر) وارد محیطی با ضریب شکست کمتر (هوای گرم تر و رقیق تر) می شود مسیر آن از خط عمود دور می شود. در شرایطی که دمای هوا به سرعت با فاصله گرفتن از سطح زمین کاهش می یابد نور تابیده شده از اجسام دوردست مانند آسمان یا اشیاء موجود در افق هنگام عبور از لایه های گرم تر نزدیک زمین به تدریج به سمت بالا خم می شود.

این خم شدن به حدی می رسد که پرتوهای نور به جای ادامه مسیر مستقیم به سمت بالا بازتاب کلی پیدا کرده و به چشم ما می رسند. مغز ما این پرتوهای خم شده را به صورت خطوط مستقیم تعبیر می کند و در نتیجه تصویری مجازی و جابجا شده از منبع نور را در موقعیتی پایین تر از مکان واقعی آن می بیند. این تصویر مجازی همان چیزی است که ما به عنوان سراب درک می کنیم.

سراب های زیرین و بالایی

سراب ها به طور کلی به دو دسته اصلی تقسیم می شوند: سراب های زیرین (Inferior) و سراب های بالایی (Superior). سراب زیرین متداول ترین نوع است که در مناطق گرم مانند بیابان ها یا جاده های آسفالته دیده می شود. در این حالت هوای نزدیک سطح زمین گرم تر از هوای بالایی است و تصویر مجازی در زیر جسم اصلی و به صورت معکوس دیده می شود که اغلب شبیه به انعکاس در سطح آب به نظر می رسد.

سراب بالایی کمتر شایع است و معمولاً در مناطق سرد مانند قطب یا دریاهای سرد رخ می دهد. در این شرایط لایه های هوای سردتر نزدیک سطح (آب یا یخ) قرار دارند و هوای گرم تر در بالای آن هاست. نور در این حالت به سمت پایین خم می شود و تصویر مجازی در بالای جسم اصلی دیده می شود و ممکن است به صورت مستقیم یا معکوس و اغلب بسیار تحریف شده باشد.

سراب در دریا

سراب در دریا معمولاً به صورت سراب بالایی مشاهده می شود. این پدیده اغلب در مناطقی رخ می دهد که هوای سرد در مجاورت سطح آب یا یخ قرار گرفته و لایه هوای گرم تری در ارتفاعات بالاتر وجود دارد. در این شرایط نور تابیده شده از اجسام دوردست مانند کشتی ها جزایر یا خط ساحلی هنگام عبور از لایه های هوای با چگالی متفاوت به سمت پایین خم می شود.

این خم شدن باعث می شود که این اجسام در موقعیتی بالاتر از مکان واقعی خود و گاهی حتی بالاتر از خط افق دیده شوند. یکی از پیچیده ترین اشکال سراب بالایی در دریا «فاتامورگانا» نام دارد که می تواند تصاویر بسیار تحریف شده کشیده و متعددی از اجسام دوردست ایجاد کند و آن ها را شبیه به قلعه ها یا سازه های شناور در آسمان نشان دهد.

سراب کیهانی

سراب کیهانی پدیده ای کاملاً متفاوت از سراب های جوی است و ربطی به دمای هوا ندارد. این نوع سراب در مقیاس های بسیار بزرگ در فضا رخ می دهد و ناشی از خم شدن پرتوهای نور ستارگان کهکشان ها یا کویزارهای بسیار دور توسط میدان گرانشی اجرام پرجرم واسط مانند کهکشان ها یا خوشه های کهکشانی است.

بر اساس نظریه نسبیت عام انیشتین جرم باعث خمیدگی فضا-زمان می شود و نور که در خطوط مستقیم در فضا-زمان حرکت می کند مسیر خمیده ای را در اطراف اجرام پرجرم دنبال می کند. این پدیده منجر به تشکیل سراب های گرانشی می شود.

سراب های گرانشی

سراب های گرانشی زمانی اتفاق می افتند که نور یک منبع بسیار دور (مانند یک کویزار یا کهکشان) در مسیر خود به سمت زمین از نزدیکی یک جرم پرجرم دیگر (مانند یک کهکشان یا خوشه کهکشانی) عبور کند. میدان گرانشی این جرم واسط مسیر نور را خم می کند و باعث می شود که نور از جهات مختلف به چشم ناظر زمینی برسد.

نتیجه این پدیده می تواند مشاهده چندین تصویر از یک منبع واحد یا مشاهده تصویری تحریف شده و کشیده به شکل کمان یا حلقه (مانند حلقه انیشتین) باشد. این تصاویر چندگانه یا تحریف شده همان سراب های گرانشی هستند که تصویری مجازی از منبع واقعی ایجاد می کنند.

عدسی گرانشی

جرم پرجرمی که باعث خم شدن نور از یک منبع دورتر می شود به عنوان «عدسی گرانشی» عمل می کند. این جرم مانند یک عدسی نوری نور را جمع کرده و مسیر آن را تغییر می دهد. با این حال برخلاف عدسی های شیشه ای که نور را با شکست خم می کنند عدسی های گرانشی با خم کردن خود فضا-زمان مسیر نور را تغییر می دهند.

اجرام مختلفی از ستاره های منفرد گرفته تا خوشه های عظیم کهکشانی می توانند به عنوان عدسی گرانشی عمل کنند. مطالعه این سراب های گرانشی اطلاعات ارزشمندی در مورد توزیع جرم (شامل ماده تاریک) در عدسی های گرانشی و همچنین خود منابع نور دوردست به اخترشناسان می دهد.

چرا سراب باعث توهم می شود؟

سراب یک پدیده فیزیکی واقعی است که در آن پرتوهای نور به طور واقعی خم می شوند و به چشم ناظر می رسند. اما اینکه چرا ما آن را به صورت یک «توهم» یا «خطای دید» درک می کنیم به نحوه پردازش اطلاعات توسط مغز ما باز می گردد. مغز انسان عادت دارد فرض کند که نور در خطوط مستقیم حرکت می کند.

هنگامی که پرتوهای نور از آسمان یا یک جسم دوردست به سمت پایین خم شده و از سطح زمین به چشم ما می رسند (در سراب زیرین) مغز این پرتوها را به صورت مستقیم امتداد می دهد و تصور می کند که آن ها از نقطه ای روی زمین یا زیر افق آمده اند. این تفسیر نادرست از منبع نور باعث ایجاد تصویر مجازی و فریبنده سراب می شود.

به همین دلیل حتی دوربین های عکاسی نیز سراب را ثبت می کنند زیرا آن ها صرفاً نور ورودی را ضبط می کنند؛ «توهم» در مرحله تفسیر این نور توسط سیستم بینایی (چشم و مغز) رخ می دهد.

سراب چیست؟

سراب یک پدیده نوری است که در اثر خم شدن پرتوهای نور در لایه های هوا با دما و چگالی متفاوت رخ می دهد. این پدیده باعث ایجاد تصاویر مجازی اغلب به شکل آب یا جابجایی اجسام می شود.

سراب چگونه تشکیل می شود؟

سراب زمانی تشکیل می شود که اختلاف دمای قابل توجهی بین لایه های نزدیک سطح زمین و لایه های بالایی هوا وجود داشته باشد. این اختلاف دما باعث تغییر ضریب شکست هوا و در نتیجه خم شدن مسیر نور می شود.

چرا سراب باعث توهم می شود؟

سراب باعث توهم می شود زیرا مغز انسان به طور خودکار فرض می کند که نور در خطوط مستقیم حرکت می کند. وقتی نور در اثر شرایط جوی خم می شود مغز منبع آن را در موقعیت نادرستی تفسیر می کند و یک تصویر مجازی ایجاد می شود.

برای غلبه بر سراب چه کنید؟

برای غلبه بر سراب می توانید با تغییر موقعیت خود مانند بالا رفتن از یک تپه یا شیء مرتفع زاویه دید خود را تغییر دهید. همچنین می توانید با حرکت در ساعات خنک تر شبانه روز از مواجهه با آن اجتناب کنید.