Luftspiegelungen

 
OBERE LUFTSPIEGELUNG
entsteht durch LICHTBRECHUNG UND TOTALREFLEXION AN DER DISKONTINUITÄTSFLÄCHE ZWISCHEN OPTISCH UNTERSCHIEDLICH DICHTEN LUFTSCHICHTEN

Die Bedingung für eine obere Luftspiegelung ist gegeben, wenn die Lufttemperatur an einer bestimmten Fläche mit der Höhe sprunghaft zunimmt, also eine markante Inversion vorliegt. In diesem Fall entsteht an der Inversion eine Diskontinuitätsfläche, an welcher der Brechungsindex der Luft eine abrupte Änderung erfährt, von einem höheren Wert unterhalb dieser Fläche zu einem niedrigeren oberhalb davon. Gelangen nun aus dem dichteren unteren Medium Lichtstrahlen in einem so flachen Winkel an diese Diskontinuitätsfläche, dass der Grenzwinkel für einen Austritt aus dem optisch dichteren Medium überschritten wird, so werden die Lichtstrahlen wieder nach unten gebogen, es kommt also zu einer Totalreflexion. Voraussetzung für einen flachen Winkel ist dabei ein entferntes Objekt in relativ niedriger Höhe, also zum Beispiel ein Schiff auf kaltem Wasser oder auch sehr weit entfernte und damit klein erscheinende Berggipfel. Zur Spiegelung des Objektes kommt es, weil die nach unten gebogenen Lichtstrahlen nicht als gekrümmte gesehen werden können sondern von unserer Wahrnehmung automatisch geradlinig nach oben verlängert werden. Damit erscheint uns das Objekt jetzt zweifach, einmal am tatsächlichen Ort aufgrund der auf etwa gleicher Höhe direkt zu uns gelangenden Lichtstrahlen und dazu das am Kopf stehende Spiegelbild oberhalb davon. Ist der Gegenstand aber bereits so weit von uns entfernt, dass er sich sogar unter dem Horizont befindet und daher gar nicht sichtbar ist, so kann es durchaus vorkommen, dass wir überhaupt nur das Spiegelbild des Objektes sehen.

 
UNTERE LUFTSPIEGELUNG
entsteht durch LICHTBRECHUNG UND TOTALREFLEXION AN DER DISKONTINUITÄTSFLÄCHE ZWISCHEN OPTISCH UNTERSCHIEDLICH DICHTEN LUFTSCHICHTEN

Zu einer unteren Luftspiegelung kommt es, wenn die Lufttemperatur in einer flachen bodennahen Schicht mit der Höhe so stark abnimmt, dass sich der Brechungsindex der Luft mit der Höhe vorübergehend abrupt erhöht. Ähnlich wie bei der oberen Luftspiegelung bildet sich auch in diesem Fall eine Diskontinuitätsfläche, allerdings mit dem optisch dichteren Medium diesmal oben und dem optisch dünneren Medium darunter, welches sich in der flachen, bodennah überhitzten Schicht anordnet. Licht, das nun von oben in einem nur knapp niedrigeren Winkel als 90° zum Lot einfällt, erfährt Totalreflexion und wird wieder nach oben gebogen. Dazu prädestiniert ist zum Beispiel das Himmelsblau oder aber auch ein entferntes Kraftfahrzeug auf heißem Asphalt. Der Spiegelungseffekt ist jedenfalls auch hier darauf zurückzuführen, dass die nach oben gebogenen Lichtstrahlen nicht als gekrümmte gesehen werden können, sondern von unserer Wahrnehmung automatisch geradlinig, in diesem Fall nach unten, verlängert werden. Damit erscheint wie bei der oberen Luftspiegelung das Objekt zweifach, einmal am tatsächlichen Ort aufgrund der etwa auf gleicher Höhe direkt zu uns gelangenden Lichtstrahlen und dazu das auf dem Kopf stehende Spiegelbild unmittelbar darunter. Eine im übrigen recht geläufige Form der unteren Luftspiegelung ist das wie Wasserpfützen aussehende „Flimmern“ auf heißem Asphalt. Es zeigt das diffuse Himmelsblau, welches sich am Boden spiegelt.

 

Andreas Pfoser, 14. September 2014

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