Le phénomène optique appelé mirage se produit naturellement et résulte de la flexion des rayons lumineux pour créer une image déplacée des objets distants ou du ciel. L'origine du terme réside dans le mot français mirage et le latin Je vais regarder qui se traduit par “S'émerveiller” or "regarder." Les mirages entrent soit dans la catégorie supérieure, inférieure ou «Fata Morgana». Un mirage peut être capté par la caméra car il s’agit d’un phénomène optique réel.
Mirage Inférieur
Le mirage inférieur se produit généralement dans le désert et apparaît comme un corps d'eau au loin. Le mirage est appelé inférieur car il se trouve sous l'objet réel. L'objet, dans ce cas, est le ciel bleu ou un autre objet distant dans la même direction. Le mirage amène l'observateur à voir une zone brillante et bleuâtre sur terre au loin. Les rayons lumineux provenant d'un objet éloigné parcourent presque les mêmes couches d'air et sont également pliés à peu près au même niveau. Les rayons partant du haut de l’objet atteindront donc des rayons plus bas que ceux du fond. L'image est normalement à l'envers ce qui donne l'impression que l'image du ciel est une flaque d'eau servant de miroir. Les images inférieures ne sont pas stables non plus. Il est caractéristique que l'air chaud monte et que l'air plus froid descende, ce qui provoque le mélange des couches et l'émergence de turbulences. L'image sera par la suite déformée en conséquence et elle peut être étendue ou vibrée horizontalement ou verticalement. Plusieurs couches de température peuvent provoquer le mélange de certains mirages créant des images doubles. L'eau artificielle ou le mirage de route chaude est un exemple courant de ce type de mirage. Les mirages inférieurs peuvent également se produire sur les lacs ou les océans, car ils sont étendus et plats. Les lacs IJsselmeer et Markermeer font partie des masses d'eau où les mirages inférieurs sont fréquents.
Chaleur Haze
La brume de chaleur est une sorte de mirage inférieur observé lorsque des objets sont vus à travers de l'air chaud. Ce phénomène, également appelé miroitement thermique, peut être observé en observant des objets à travers les gaz d'échappement expulsés par des moteurs à réaction ou à travers l'asphalte chauffé. La convection contribue à la variation de la température de l'air, tandis que la variation entre l'air chauffé à la surface de la route et l'air frais situé au-dessus de la route entraîne un gradient de l'indice de réfraction de l'air. Un effet de mijotage flou est ensuite créé, ce qui influence la capacité à résoudre des objets. Cet effet est accru lorsque l'image est agrandie à l'aide d'une lentille de télescope ou d'un télescope. La lumière provenant du ciel, légèrement inclinée par rapport au ciel, est généralement réfractée par le dégradé d’index pour donner l’impression que le ciel est réfléchi par la surface de la route. L'esprit d'une personne observe cet événement comme un plan d'eau sur la route parce que l'eau reflète également le ciel, mais cette illusion s'estompe à mesure que la personne se rapproche. Si la route est goudronnée, il semble que de l'eau ou de l'huile se soit répandue. Le macadam et le sable peuvent devenir extrêmement chauds s'ils sont exposés au soleil, ce qui facilite le développement d'un mirage.
Mirage Supérieur
Contrairement au mirage inférieur, le supérieur se produit lorsque l'image d'un objet apparaît au-dessus de l'objet particulier. Le phénomène est observé lorsque l’air sous la ligne de visée est plus froid que l’air au-dessus de lui. Cette occurrence est qualifiée d'inversion de température car l'existence d'air froid sous l'air chaud est une déviation du gradient de température normal de l'atmosphère. Ces types de mirages sont plus rares que les mirages inférieurs et ils sont plus stables car l'air froid ne se déplace pas vers le haut et l'air chaud ne descend pas souvent. Des mirages supérieurs se produisent généralement dans les zones polaires, en particulier au-dessus des massifs de glace qui supportent une température basse uniforme. Lorsque les mirages apparaissent à des latitudes plus modérées, ils ont tendance à être plus faibles et moins stables et lisses. Un mirage supérieur peut apparaître à l'envers ou à droite selon le gradient de température et la distance de l'objet réel. Le mirage est souvent observé comme un mélange distordu de parties hautes et basses. Les mirages peuvent avoir un effet frappant en raison de la courbure de la Terre. Les rayons lumineux peuvent se déplacer sur de grandes distances si leur courbe de pliage vers le bas est pratiquement la même que celle de la Terre. Bien que ce phénomène ait été observé pour la première fois dans 1596 à Novaya Zemlya, il n’a été expliqué scientifiquement qu’au XIIe siècle. Pour chaque kilomètre 20, les rayons de lumière peuvent se déplacer parallèlement à la surface de la Terre, et le Soleil apparaît à des degrés plus élevés à l'horizon. La couche d'inversion doit cependant posséder le bon gradient de température sur la distance totale pour que l'événement soit possible. De la même manière, les navires qui sont si loin peuvent apparaître au-dessus ou à l'horizon comme des images supérieures, même s'il ne faut pas les apercevoir au-dessus de l'horizon géométrique.
Fata Morgana
Le terme Fata Morgana est une traduction italienne tirée de Morgan le Fay, décrite comme une fée dans la légende et la demi-soeur du roi Arthur. Le mot est utilisé pour décrire un mirage supérieur complexe qui se forme avec des alternances de zones comprimées, de zones étirées, d'images inversées et d'images érigées. Ce mirage est également connu pour sa capacité à changer rapidement. Un Fata Morgana survient souvent par temps froid dans les zones polaires, dans les régions désertiques et au-dessus des lacs et des océans, ainsi que par temps chaud. Pour que ce mirage se produise, l'inversion de température doit avoir suffisamment de force pour que la courbure des rayons lumineux à l'intérieur de celle-ci soit plus forte que la courbure de la Terre. Les rayons vont se plier et former des arcs, et l'observateur doit être dans un conduit d'atmosphère pour voir le mirage. Le Fata Morgana peut passer d'un mirage supérieur à un mirage inférieur en quelques secondes, en fonction de l'évolution constante des conditions atmosphériques. Une caméra a capturé des images 16 du mirage des îles du Farallon du Pacifique qui ne sont pas visibles au niveau de la mer dans les conditions habituelles puisqu'elles sont situées au-dessous de l'horizon en une seule journée. Les premières images 14 reflètent des alternances de zones étirées et comprimées caractéristiques d'une Fata Morgana, tandis que les deux dernières images ont été capturées vers le coucher du soleil lorsque le mirage n'était pas aussi complexe. Les distorsions de l'image et la flexion de la lumière peuvent donner des résultats saisissants.
