LOS ESPEJISMOS. UNA BROMA DE LA NATURALEZA
Estos fenómenos físicos provocan locura, según innumerables historias, a hombres solitarios que viajan a través del desierto o por alta mar. Aún en nuestros días, muchos desconocen que los espejismos son resultado de la refracción de la luz y se les confunde con fantasmas y alucinaciones.
Numerosos relatos referidos a los desiertos describen a hombres que en su intento por cruzarlos llegan a perder la razón. No han sido pocas las historias de individuos que, desesperados y sedientos e estos inhóspitos terrenos, enloquecen luego de haber visto esfumarse el tan ansiado oasis que, momentos antes, ocupara una parte del desolado escenario. De igual forma han visto desvanecerse ciudades o múltiples objetos vislumbrados desde la lejanía; como fantasmas que gustan de engañar los ojos del observador.
Sin embargo, el espejismo no es un fenómeno exclusivo de los desiertos. Algunos marineros, por ejemplo, han observado, desde sus embarcaciones, pequeñas islas en medio del mar. En las grandes urbes también tienen lugar los espejismos, y los más comunes son los «charcos de agua» que se observan sobre las carreteras.
La imagen de gente caminando sobre el agua es ciertamente real, pero es una imagen no un objeto. Uno podría suponer que ya que la imagen muestra gente caminando sobre el agua la gente realmente lo está haciendo. Usualmente al ver algo de esta clase, uno da por hecho la distinción entre imagen y objeto. Uno sabe que una persona que se ve un poco distorsionada que aparece en la pantalla de televisión es una imagen, y el individuo, perfectamente normal, está a considerable distancia frente a la cámara. Las imágenes vistas a través de lentes atmosféricas no son más ilusorias que las imágenes vista a través de telescopios o de lentes.
Todos los espejismos son formas distorsionadas de objetos reales, excepto el Fata Morgana. Este es el único capaz de producir imágenes que no corresponden a los objetos que los originan. En las superficies uniformemente iluminadas aparecen paredes de los que todo indicio de la figura original ha sido borrado. La brillantez de dichas paredes crea nuevas imágenes.
Los espejismos tampoco son alucinaciones o fantasías, como en un principio se creyó, sino efectos físicos, cuya existencia ha sido comprobada con fotografías. Se trata, en concreto, de simples imágenes refractadas de objetos reales; son distorsiones e un mundo circunvecino.
La palabra para designar a los espejismos en inglés, Mirage, proviene del vocablo francés «se mirer», ser reflectado, y aunque muchas de las imágenes vistas en el espejismo se parecen a aquellas vistas en espejos irregulares, el fenómeno de la reflexión no toma parte en los espejismos. Actuando como una lente más que como un espejo, la atmósfera produce espejismos por refracción. Las lentes atmosféricas no son como las que encontramos en las cámaras fotográficos, los telescopios o los binoculares. Las lentes hechas de vidrio tienen un índice de refracción uniforme y la luz que pasa por ellos cambia de dirección generando imágenes por su curvatura. En la atmósfera las lentes no tienen forma, ya que ambos, el observador y el objeto observado están dentro de ella. La atmósfera hace que la luz cambie de dirección como resultado de variaciones graduales de su índice de refracción.
Los Bahr el Shaitan o Lagos de Satán «“nombre con el que los árabes designan a los espejismos de agua en el desierto-, así como los «charcos» que aparecen en la cinta asfáltica, son imágenes refractadas del cielo; asimismo, las islas que se supone existen en el mar son resultado de la refracción de montañas, barcos y ciudades que, casi siempre, se encuentran a muchos kilómetros de distancia.
Así, lo que en realidad es una pequeña piedra aparece como un castillo, un pato como un monstruo, una montaña como una ciudad o una ínsula, etc., debido a que los espejismos deforman, amplían, contraen o distorsionan los objetos.
REFRACCÓN DE LA LUZ
La óptica define al espejismo como la aparición falaz de un objeto distante, resultado de la refracción (curvatura) de un rayo de luz provocada por la atmósfera. La refracción ocurre en el punto donde la luz pasa de un espacio a otro de diferente densidad. En el vacío, la luz viaja a una velocidad cercana a los 300,000 kilómetros por segundo; cuando pasa a través de la atmósfera o cualquier otro medio material su velocidad se reduce, y cuanto más denso, compacto y espeso es el aire o bloque transparente que atraviese, más dilata su trayectoria. En el agua, mientras tanto, la velocidad de la luz alcanza 226,000 kilómetros por segundo y en el vidrio (más denso que el agua) es de 200,000 kilómetros por segundo.
La luz siempre viaja en línea recta en un ambiente homogéneo; por eso, cuando la temperatura es constante el haz de luz no se desvía. Empero, al pasar de un ambiente a otro lo hace de manera oblicua y no perpendicular ni de frente. Cuando los rayos entran oblicuos éstos son frenados por la densidad para después viajar hacia abajo, pero una vez que éstos salen de su ambiente, reanudan su velocidad y camino originales.
El índice de refracción, que se obtiene dividiendo la velocidad de la luz en el vacío entre la velocidad de ésta en el medio de que se trate, depende de la humedad y la densidad del medio, comúnmente el aire, la que a su vez está subordinada a la temperatura y la presión. A temperaturas altas, la densidad del medio es baja y, por lo tanto, también lo es el índice de refracción. Cuanto mayor es el gradiente (la relación entre la diferencia de presión, temperatura, etcétera, de los lugares) de temperatura y, por ende, el gradiente del índice de refracción, la variación en la dirección de la luz aumenta. Cuando la temperatura es la misma, la luz no se desvía.
Los rayos de luz toman una trayectoria parabólica al pasar de un medio a otro. La curvatura del rayo, entonces, es proporcional al gradiente de temperatura, medido perpendicularmente al rayo, de forma que el rayo se curva más cuando viaja paralelamente a las líneas de temperatura constante. La curvatura del rayo provoca que la imagen se desplace de su posición original. Ya que el rayo siempre cambia su dirección de tal forma que el aire frío (más denso) quede dentro de la curva, la imagen se desplaza en dirección del aire tibio (menos denso).
Un ejemplo claro de refracción es el Sol. La atmósfera de la Tierra desvía los rayos de luz. Debido a esta manifestación, el Sol puede verse antes de que realmente aparezca en el horizonte; lo mismo sucede durante el ocaso, ya que los rayos desviados hacen que el Sol se observe cuando ya se ocultó.
ESPEJISMOS EN EL DESIERTO
En el desierto, los espejismos se producen en días bastante calurosos y sin viento, debido al doblamiento de las ondas de luz en capas de aire de diferente densidad.
La densidad del aire aumenta con la altura. Durante el día, la arena se calienta más que el aire; sin embargo, la región de la atmósfera que se halla más cerca del suelo caldeado por el Sol es calentada. Un rayo de luz procedente de un objeto elevado que se dirige hacia abajo, encuentra en su camino capas de aire cada vez menos densas; al entrar a las áreas más cálidas, se curva por refracción hasta que su pendiente se invierte, y luego se dirige hacia arriba en dirección a las capas más frías. De este modo, el rayo llega los ojos del observador como si viniera de frente. Entonces se podrá ver el objeto real y también la imagen invertida del mismo. Este fenómeno se conoce como espejismo inferior. Un ejemplo puede ser: una carretera aparentemente cubierta de agua o un lago lleno hasta los bordes debido a la refracción del cielo.
De todos los rayos que salen del mismo punto del objeto, pero de diferentes direcciones, aquel que se encuentra cerca de la superficie es el que sufre la desviación más marcada, ya que es ahí donde la temperatura cambia más rápidamente con la altura. Los únicos rayos importantes son los que llegan a los ojos del observador. Los rayos refractados hacen que el objeto se vea invertido. Tanto la imagen real como la invertida pueden ser extendidas o comprimidas verticalmente de acuerdo con la variación de la temperatura con la altura.
Un espejismo inferior es interpretado en el cerebro como una reflexión en la superficie del agua, pues ésta constituye el único lugar en el que se observan los objetos invertidos.
La capa de aire calentada por el suelo se desplaza hacia arriba de manera constante, y es sustituida por otra nueva. Este cambio ininterrumpido provoca que una capa de aire enrarecido (resultado de las diferentes temperaturas de la atmósfera) se encuentre junto a la arena caliente, e influya en la dirección de los rayos.
Este tipo de espejismo también puede observarse en el pavimento caliente. La carretera parece húmeda, pero se trata de áreas del cielo refractadas por el aire cuando está en contacto con una superficie candente.
En el desierto, en un día cálido en el que se llegue a forma una cubierta atmosférica demasiado caliente sobre las abrazadas arenas desérticas, un sujeto colocado a unos centenares de metros de un grupo de palmeras, verá dos grupos en lugar de uno. Al primero de ellos lo observará normalmente en razón de que una parte de los rayos de luz le llegarán de forma directa; el segundo, en tanto, lo vislumbrará debajo del primero en una posición invertida. Como antes se explicó, este fenómeno es creado por los rayos que siguen una trayectoria refractada hasta alcanzar los ojos del observador. Los rayos luminosos bajan en diagonal de las palmeras hacia el aire caliente y de ahí son refractadas hacia arriba. En este caso, como la luz del cielo es refractada por el aire enrarecido, el individuo tiene la impresión de que se trata de un lago donde se reflejan las palmeras.
En el espejismo inferior la superficie horizontal aparecerá convexa hacia arriba. La impresión es como estar en la parte superior de un plato invertido. Como resultado hay un horizonte óptico más allá del cual la superficie desaparece conforme se curva hacia fuera de la vista del observador (punto de desaparición de un espejismo inferior). Este fenómeno, algunas veces se llama «inversión o hundimiento» (sinking).
El perfil de temperatura que da lugar a este efecto es muy común en embalses de agua temprano por la mañana. El agua retiene su calor en la noche pero la tierra que la rodea se enfría. El aire frío de la tierra fluye hacia el agua tibia y se calienta de la parte inferior creando un perfil de temperatura en el que la temperatura decrece con la altura.
PUNTO DE DESAPARICIÓN DE UN ESPEJISMO INFERIOR
Otro aspecto importante de los espejismos inferiores es el punto de desaparición. Presentes las condiciones de espejismo, este fenómeno aparece cuando los rayos de luz, por ejemplo, llegan a una pared, partiendo de un objeto o sujeto ubicado a la mitad del tronco de un árbol «“en este caso un mono.
Los rayos numerados del 1 al 5 toman diferentes direcciones; al salir, cada rayo se inclina más que el anterior. Si un observador se coloca contra la pared, los rayos provenientes del objeto ubicado más o menos a una distancia lejana, llegarían de la siguiente manera: el rayo 1 llegaría al punto más alto (A), el rayo 2 al punto de abajo (B) y el 3 tomaría una trayectoria directa, alcanzando el siguiente punto (C). Hasta aquí todo sería normal. Sin embargo, los rayos 4 y 5 presentarían una marcada variación; el 4 tomaría una trayectoria hacia arriba hasta llegar al punto B, en tanto que el 5 llegaría al punto A.
De todos los rayos luminosos que parten del objeto colocado sobre el tronco, ninguno alcanza cualquier otro punto inferior al C. Si, en cambio, un observador se colocara en el punto A, éste podría ver directamente el objeto sobre el arbusto y, al mismo tiempo, la imagen invertida del mismo (causada por el rayo 5). Igualmente, vería dos imágenes en caso de que se colocara en el punto B; empero, el ángulo formado entre los dos rayos, provocaría que las imágenes se cerraran o juntaran más que en el punto A. Si la persona estuviera en un punto inferior al C, las dos imágenes formarían una sola, y si se ubicara en el punto C, únicamente observaría la parte superior del árbol. Por último, si el observador está en D, el objeto desaparecería. Esto es lo que se llama punto de desaparición.
En este tipo de espejismos hay una línea de desvanecimiento que pasa a través del objeto o sujeto (espalda del mono), esto provoca que aquello que está debajo no se vea. Parece ser que la imagen invertida es una reflexión que se produce en esta línea. Si la persona se aleja, la línea de desaparición se eleva y, entonces, sólo verá la parte superior del árbol, es decir, las imágenes real y refractada de la copa.
ESPEJISMOS SUPERIORES Y LATERALES
Hay un relato de un hombre que dice haber salvado la vida, en un recorrido por las montañas Rocosas, en América del Norte, gracias a que vio la imagen refractada de un oso que lo acechaba a la vuelta del camino. Este tipo de fenómeno es conocido como espejismo lateral y es producido bajo ciertas condiciones.
Por ejemplo, el espejismo de un objeto colocado a la vuelta de la esquina puede ser observado cuando se forma una capa de aire frío refractora a lo largo de una superficie vertical, como puede ser la pared helada de un acantilado.
La mayoría de los espejismos laterales son muy semejantes a los superiores. Sin embargo, algunos de aquellos siguen la misma mecánica de los inferiores. El espejismo lateral de un arco sigue un proceso muy parecido al del espejismo inferior. La superficie que se halla junto al perfil de la bóveda es calentada por el Sol; al aumentar la temperatura de la pared, el calor es transferido tanto hacia el interior del edificio como al aire que rodea dicha pared, formándose un gradiente a pocos centímetros de esta superficie. Como el cambio de temperatura es horizontal, la imagen se desplaza hacia un lado, dando como resultado un espejismo lateral.
Un objeto colocado a lo largo de una pared cercano al observador tendrá una sola imagen, pero si el observador está lejos entonces surgirán dos imágenes, y si está a una distancia intermedia el objeto tendrá tres imágenes: dos normales y una invertida en el eje vertical.
Los espejismos superiores, muy parecidos a casi todos los espejismos laterales, suceden comúnmente e las regiones polares, por lo que también se les conoce con el nombre de espejismos polares. Se les llama superiores porque la imagen se desplaza hacia arriba de la posición real de un objeto. Cuando la temperatura aumenta con la altura, una superficie horizontal, tal como un cuerpo de agua, aparecerá cóncavo hacia arriba. Esto da al observador, particularmente uno que este viendo con binoculares, la impresión de estar dentro de un plato superficial largo. La imagen se desplaza hacia arriba de la posición del objeto. Este fenómeno fue denominado por los marinos ingleses como looming (vislumbramiento).
Los espejismos superiores son creados por las inversiones de temperatura; en otras palabras, debido a la existencia de capas de aire caliente sobrepuestas a capas de aire frío. Como se sabe, los rayos luminosos viajan a una velocidad menor en medios muy densos, refractándose o inclinándose al pasar de las capas frías a las calientes.
Este tipo de espejismo se produce cuando la capa de aire que se encuentra más cerca del suelo tiene una temperatura baja, mientras la superior es más caliente. De esta manera el observador puede ver en el cielo imágenes de objetos que se encuentran a distancias lejanas.
Las temperaturas varían con la altura, produciendo elevaciones o inclinaciones en las dimensiones verticales de un objeto. Las elevaciones (towering), también llamadas ampliaciones, tienen lugar cuando la capa de inversión está colocada de tal manera que los rayos superiores que salen del objeto se curvan más que los inferiores, lo cual resulta en una elevación y una ampliación de las dimensiones verticales de dicho objeto.
Si los rayos parten de la base del objeto éstos se curvan hacia abajo más rápidamente que aquellos que salen de la parte superior, y ocurre el fenómeno de inclinación (stopping). Como la refracción de la atmósfera generalmente se incrementa con la distancia al cenit, la base de los objetos cercanos se eleva más que la parte superior, acortándose sus dimensiones verticales. En la figura podemos ver una gráfica de inversión de temperatura y las trayectorias que siguen los rayos dependiendo de la zona o la altura.
