پيش گزيده سراب پديده اي علمي و تماشايي

با شنيدن نام سراب معمولا اولين تصاويري که به ذهن خطور مي کند ، همان صحنه هاي خيال انگيز ويژه ازآب و تاب کارتوني هستندکه همگي کمابيش با آنها آشنا هستيم . مناطق سرسبز و زمين هاي پوشيده از نخل گرمسيري همراه آبگير يا برکه اي زيبا با آب زلال که البته تمامي به محض رسيدن قهرمان داستان يکباره نيست و ناپديد مي شوند .

​

اما آنچه بخواهيد در واقعيت و به دور از اين خيال پردازي هاي سينياتوري و استادانه سراب را بررسي کنيم بايد پذيرفت که اين هوا گرم است. شدت نور خورشيد چشم هايت را آزار مي دهد .براي هيجان کوير پا به اين جا گذاشته اي. چندين راهنما خبره همراه يات م يکنند و آب هم به اندازه کافي به همراه ات داري. اين گونه است که درياچه زلال و زيبايي که در دور دست ديده مي شود سرابي دلپذير به نظرت م يآيد. اما واي به روزي که بي آب و سايه بان و پاي پياده به کوير بزني.براي آنها که تشنگي چندين روزه در کوير را تجربه مي کردند، سراب، شوخي زشت و بي مزه کوير است. اما براي آنان که به کشف اسرار کوير م يروند يکي از زيباي يهاي منحصر به فرد کوير قطعا سراب است. سراب در حقيقت شکست نور است و دقيقا زماني رخ مي نمايد که شاهد يک جا به جايي و تغيير بسيار سريع در چگالي هوا و اتمسفر جو هستيم ، يعني زماني که يک لايه هوا به مقدار نسبتا زيادي گر متر از سطح مجاورش باشد.پديده کاملا علميتقريبا هيچ تناسبي با شکل نمايشي و کارتوني خود ندارد .به طور کلي در بيشتر انواع اين پديده شيئي چنان بازتاب مي يابد که گويي برکه اي از آب در آن مکان و زير اين شيئوجود دارد . در واقع اگر در جستجوي يک سراب واقعي و طبيعي هستند ، بايد سري به مناطق گرمسيري بزنيد و معمولترين آنها را در بزرگراه ها ودر سطح جاده هاي آسفالته مشاهده کنيد.اغلب در جاد ههاي آسفالته مستقيم يا در بيابانها ، منظره آب يا برک هاي ديده مي شود، که وقتي بسوي آن حرکت مي کنيم،آن هم با همان سرعت و در همان جهت پيش مي رود، يا وقتي نزديکش مي شويم، از نظر محو مي گردد. اين منظره سراب است. سراب يک فريب طبيعت است که در شرايط معين جوي چشم ما را دچار خطاي ديد م يکند.اگر بخواهيم علت تشکيل سراب را عنوان کنيم اولين مرحله تابيدن پرتوهاي نور خورشيد بر سطح زمين و گرم شدن اناست.لايه هاي هوا که در نزديکي سطح زمين قرار دارند نسبت به لايه هاي بالايي گرمتر و رقيقتر مي شوند. سپس پرتوهاي نور که از خورشيد به سوي سطح زمين منتشر مي شوند از لايه هاي غليظ تر که به لايه هاي رقيق تر مي رسند شکست مي يابند و از خط عمود دورتر مي شوند و زاويه ي تابش ان ها به زاويه ي حد نزديک مي شود. هنگاميکه زاويه ي تابش به حد برسد پرتو نمي تواند از محيط غليظ به محيط رقيق تر پايين برسد و در نتيجه بازتابش کلي مي يابد و به سوي بالا باز مي گردد.اين پرتو ضمن برخورد با مولکول ها ي هوا رنگ ابي را بيش از ساير رنگ ها پراکنده مي کنند و باعث ميشود که ناظر رنگ ابي را بر سطح زمين ببيند و تصور کند که درياچه اي برابر او قرار دارد...● چرا سراب پديد مي آيد؟اصل و ريشه اين پديده را بايد در شيوه حرکت نور در محيطهاي مختلف و به تبع آن پديده شکست و انکسار نور بررسي کرد. پرتوهاي نور در عبور از محيطهايي با غلظتهاي متفاوت تغيير جهت داده و به عبارتي مي شکنند، مثل عبور نور از هوا به آب و يا از هواي گرمتر به هواي سردتر و علت هم به تغيير سرعت نور در محيطهاي متفاوت بر م يگردد .در روزهاي گرم ، پرتوهاي خورشيد که به سطح زمين م يرسند، آن را گرم مي کنند. لايه هاي هوايي که نزديک سطح زمين قرار دارند، نسبت به لاي ههاي بالايي ، گرمتر و در نتيجه رقيقتر مي شوند. حال پرتوهاي خورشيد براي رسيدن به سطح زمين بايد از محيط غليظ وارد محيط رقيق شوند، لذا پرتوهاي شکست مربوط به آنها از خط عمود دورتر م يشوند. زماني که پرتوهاي تابشي خورشيد به زاويه حد (اگر تابش از محيط غليظ با ضريب شکست بالا بر محيط رقيق با ضريب شکست پايين صورت بنابراين قانون اسنل با اين شرايط ، مبهم مي شود .زيرا (n1>n گيرد ( 2بزرگتر از واحد شود .پس يک sin r هاي بزرگ i 1)بنابر اين احتمال دارد، براي < n2/1n) که در آن (sin r=n1/n2 sin i) هست. r= را به ما دهد که برابر واحد يا زاويه اش 90 sin r زاويه بحراني تعريف مي کنيم که حد بيشينه را که از رابطه زير يافت مي شود (c=i) خواهيم داشت زاويه حد sin r= يعني به ازاي 1: (c=arcsinn2/n1) از کلمه لاتين c خواهد شد. بهتر است بدانيد که c~ بنابراين درجه 41 :n= به عنوان مثال اگر تابش از هوا بر شيشه باشد داريم 1.5 به معني بحراني اخذ شده است.) م يرسند. ديگر وارد لايه رقيق نخواهند شد. در نتيجه بازتابش داخلي کلي( اگر تابش Critical صورت گيرد و نيز زاويه تابش از زاويه حد بزرگتر باشد يعني ( n بر محيط رقيق کوچک ( 2 ( n از محيط غليظ بزرگ( 1در اين صورت هيچ نوري بر محيط دوم عبور نمي کند و بر خلاف زاويه حد در مرز مشترک محيط ها نيز نوري i >arcsin n2/n1 مي نامند که با (Total Internal Reflection) نخواهيم داشت .اين بازتابش کامل نور به محيط اول را پديده بازتابش داخلي کلي نمايش مي دهند.) رخ داده و اين پرتوها به سمت بالا بر م يگردند. TIR علامت اختصاري پرتوهاي بازتابي ضمن برخورد با ذرات هوا ، رنگ آبي را بيش از ساير رنگها پراکنده کرده و موجب مي شوند، که ناظر رنگ آبي را روي سطح زمين ببيند. و تصور کند که آنجا برک هاي وجود دارد. به بيان ساد هتر لايه هوا مانند آينه عمل کرده و آسمان را در خود منعکس مي کند و آن را به شکل برکه آبي در برابر ديدگان ما هويدا مي سازد. در اين هنگام است که با يک سراب روبرو مي شويم. در زمينهايي که بطرف بالا شيب دارند، پرتوهاي بازتابي بيشتري به ما م يرسد و احتمال رؤيت سراب افزايش مييابد .به صورت ديگر علت پيدايش سراب را مي توان اينگونه بيان نمود که در روزهايگرم ، پرتوهاي خورشيد که به سطح زمين مي رسند، آن را گرم مي کنند. لايه هايهوايي که نزديک سطح زمين قرار دارند، نسبت به لايه هاي بالايي ، گرمتر و درنتيجه رقيقتر مي شوند.حال پرتوهاي خورشيد براي رسيدن به سطح زمين بايد از محيط غليظ وارد محيطرقيق شوند ، لذا پرتوهاي شکست مربوط به آنها از خط عمود دورتر مي شوند.زماني که پرتوهاي تابشي خورشيد به زاويه حد مي رسند. ديگر وارد لايه رقيق نخواهند شد. در نتيجه بازتابش داخلي کلي رخ داده و اين پرتوها به سمت بالا برمي گردند . پرتوهاي بازتابي ضمن برخورد با ذرات هوا ، رنگ آبي را بيش از ساير رنگها پراکنده کرده و موجب مي شوند، که ناظر رنگ آبي را روي سطح زمين ببيند. و تصور کند که آنجا برکه اي وجود دارد. به بيان ساده تر لايه هوا مانند آينه عمل کرده و آسمان را در خود منعکس مي کند و آن را به شکل برکه آبي در برابرديدگان ما هويدا مي سازد. در اين هنگام است که با يک سراب روبرو مي شويم. در زمين هايي که بطرف بالا شيب دارند، پرتوهاي بازتابي بيشتري به ما مي رسد و احتمال رويت سراب افزايش مي يابد کلا شاخص شکست هوا بر حسب تغييرات دانستيه آن تغيير مي کند درنتيجه نوري که از ميان لايه هاي جو بالا با دانستيه هاي مختلف عبور مي کند شکسته مي شود. بنابراين اجسام ممکن است به نظر برسد که در موقعيت هاي غير واقعي قرار گرفته اند واغلب تغيير شکل يافته به نظر مي رسند. پديده شکست نور از اين نوع را سراب مي نامند سراب و شرحي ديگر اصل و ريشه ي اين پديده را بايد در شيوه ي حرکت نور در محيط هاي مختلف و به تبع آن پديده ي شکست و انکسار نور بررسي کرد . همان طور که مي دانيد پرتوهاي نور در عبور از محيط هايي با غلظت هاي متفاوت تغيير جهت داده و به عبارتي مي شکنند ، مثل عبورنور از هوا به آب و يا از هواي گرمتر به هواي سردتر و علت هم به تغيير سرعت نور در محيط هاي متفاوت بر مي گردد . سراب دقيقاً زماني رخ مي دهد که شاهد يک جابجايي و تغيير بسيار سريع در چگالي هوا و اتمسفر جو هستيم : يعني زماني که يک لايه هوا به مقدار نسبتا زيادي گرمتر از سطح مجاورش باشد . اين اتفاق معمولا در روزهاي گرم تابستان روي مي دهد ، به شکلي که سطح يک جاده آسفالته که زير تابش مستقيم خورشيد به شدت داغ شده است .لايه هوايي را که دربالاي آن قرار دارد ، کاملا گرم مي کند و در نتيجه سبب ايجاد تفاوتي فاحش ميان چگالي هواي اين لايه و لايه هاي بالايي آن مي شود . بدين ترتيب با عبور نور از اين سطوح متفاوت جهت آن به سمت بالا تغيير مي يابد و سراب ايجاد مي شود.براي بارزتر شدن قضيه به اين نکته توجه کنيد که به طور معمول پرتوهاي بازتابي از يک شيئ مثلا يک خودرو در جهت هاي متعددي درفضا حرکت مي کنند و يک جسم تنها در زماني قابل رويت خواهد بود که گوشه اي از اين پرتوها با مردمک چشم برخورد کنند دريک روز کاملا ابري ، شما تنها همان نوري را مي بينيد که به طور مستقيم از جسم به سوي چشمانشان بازتاب مي يابد ، اما در روزهاي آفتابي شرايط کمي متفاوت است در اينجا آن پرتوهايي که به طور مستقيم از شيئي به سوي چشم ها حرکت مي کنند همان وضعيت قبلي تکرار مي کنند . اما علاوه بر اين پرتوهايي نيز وجود دارند که اداره کل هواشناسي استان قم 51 اداره پيش بيني وتحقيقات اقليمي و هواشناسي کاربردي به سمت زمين حرکت مي کنند اين پرتوها در عبور از لايه سردتر و چگالي تر بالايي به لايه گرمتر و سبک تر پائينيشکسته و به طرف چشمانش باز مي تابنددر نتيجه اين فرآيند ، شما شاهد 2 تصوير يکسان از شيئ خواهيد بود ، يکي روي جاده و ديگري در سطح آن مغز انسان تنها قادر به درک حرکت نور در مسير مستقيم است ، بنابراين چنين به نظر مي آيد که در سطح جاده چاله اي پر از آب وجود دارد که تصوير دوم حاصل از انعکاس تصوير اول در داخل اين آب است . از اين نوع سراب به عنوان سراب پائيني و يا فرعي( سراب پست ) ياد مي شود چرا که شکل گيري آن در زير خط افق است. سرابهاي بالاتر و اصلي( سراب مرتفع) انواعي هستند که در بالاي خط افق ظاهر مي شوند . اين نوع سراب در چشماندازهاي پوشيده از يخ و يا آبهاي بسيار سرد روي مي دهد.جايي که يک لايه بسيار سردتر از هوا زير لايه نسبتاً گرمتر قرار گرفته است و همين باعث مي شود سراب خيلي بالاتر از سطح معمول آن ظاهر شود. مشاهده ي قايق هايي که در هوا شناورند بر اثر همين شکل سراب است . در اين نوع معمولاً شيئ بازتابي از اندازه هاي اوليه ي خود خارج شده و تصويري غير واقعي و بسيار بزرگتر را به نمايش مي گذارد. پديده سراب از خرداد تا شهريور، زماني که هوا بسيار گرم است بسيار ديده م يشود مه مترين خصيصه در بهتر ديدن سراب رطوبت است که با دماي هوا نسبت مستقيم دارد.هر چه هوا گرم تر باشد رطوبت در لاي ههاي نزديک به زمين بيشتر است و احتمال ديده شدن سراب هم افزايش مييابد.ورزش باد بايد جزيي باشد و يا اصلا وجود نداشته باشد تا سراب به خوبي به چشم بيايد. لايه اي بودن آسمان هم به خوب ديده شدن سرابکمک م يکند اگر چه در هواي ابري هم م يتوان سراب را ديد.● سراب در درياسراب در دريا نيز بصورت معکوس ديده مي شود. البته اين در جايي است که هواي مجاور آب ، سرد بوده و در بالاي آن نيز هواي گرمي قرار گرفته باشد، آنگاه کشتيهايي که از دور م يآيند و در پشت افق پنهانند، بوسيله اين هواي گرم طوري منعکس م يشوند که ما آنها را در آسمان شناور مي بينيم. در اين حالت معمولاً شيئ بازتابي از اندازه هاي اوليه خود خارجشده و تصويري غير واقعي و بسيار بزرگتر را به نمايش ميگذارد.يکي از سرابهاي معروف در جزيره سيسيل در تنگه مسينا رخ م يدهد. در شرايط جوي مذکور شهر مسينا در آسمان منعکس م يشود و افرادي که در آبهاي تنگه مجاور کشتيراني م يکنند، اين شهر را در هوا شناور مي بينند. ايتاليائيها نام اين سراب را فاتامورگانا گذاشت هاند، زيرا گمان مي کنند که جني به نام مورگان آن را پديد آورده است.● سراب کيهانيبا وجود پيشرف تهاي زيادي در زمينه کيهان شناسي ، معمايي که هنوز هم حل نشده ، مقدار چگالي ماده موجود در جهان است. چون قسمت نامشخصي از ماده بصورت نامرئي است، امکان دستيابي به مقدار آن براي اخترشناسان تقريبا غير ممکن است. ولي اخيرا آنها پديده تاز هاي کشف کرد هاند که نويد روشن کردن بسياري پرسشها را پيرامون مقدار تام ماده مرئي و نامرئي در کائنات و پراکندگي آن را در فضا به ما مي دهد. اين کشف عبارتست از پديده سرابهاي جاذب هاي .● سراب هاي گرانشي"سرابهاي جاذبه اي" زماني حاصل مي شوند که دو ستاره يا بيشتر که در فاصل ههاي متفاوتي از زمين واقع شد هاند، بصورت کامل با کره زمين روي يک خط قرار گيرند و بنظر برسد که در آسمان باهم برخورد کرد هاند. روشنايي دورترين ستاره براي رسيدن به ما بايد از ميدان گرانشي نزديکترين ستاره بگذرد و در اين عبور منحرف م يشود. اين انحراف روشنايي يک تغيير شکل و حتي نوعي تکثير تصوير از ستاره پديد ميآورد.● پيش بيني سرابآلبرت انيشتين در سال 1936 با استفاده از نسبيت عمومي نشان داد که اگر از ديد ناظر رصد کننده ، دو ستاره با کره زمين روي يک خط قرار گيرند، دورترين ستاره علاوه بر تصوير عادي خود که يک نقطه است، تصوير ديگري به شکل يک حلقه نوراني در اطراف آن نقطه روشن ، پيدا خواهد کرد .اين حلقه نوراني ، نوعي سراب کيهاني و نوعي توهم بصري است زيرا در عالم حقيقت وجود ندارد .آلبرت انيشتين همخط شدن دو ستاره با زمين را امري بسيار غير محتمل م يدانست و اين پديده را فقط بصورت تئوري ارايه داده بود .● سراب پستسرابهاي پست در روي سطوح گسترده جائي که هواي نزديک زمين گرمتر (بنابراين دانسيته کمتر دارد ) از هواي بلافاصله بالاي آن است اتفاق مي افتد . اين نوع سراب ها خيلي زياد در نواحي بياباني ديده مي شود ولي ممکن است در روي سطوح هموار جاده ها ، سواحل، درياها، باند فرودگاهها و غيره نيز اتفاق بيافتد . اجسامي که نزديک افق قرار دارند بنظر ميرسد در داخل استخر آبي منعکس شده اند و تصويري در زير سطح افق بدست مي دهند .آنچه که در واقع رخ مي دهد آن است که اشعه هاي که از آسمان بطرف پائين مي آيند همانطوريکه وارد هواي گرمتر و رقيق تر نزديک سطح زمين مي شوند با شيب ملايمي بطرف بالا شکست پيدا کرده و به چشم ناظر ميرسند . در اين موقع ناظر دچار اشتباه بينائي شده و فکر مي کند اين اشعه ها از سطح آب شفاف به چشم او مي آيد . در حاليکه تصوير اجسام روي زمين معکوس شده بنظر مي رسند .شکل زير اين اثر را نشان مي دهد . چنانچه زاويه تابش خيلي کوچک باشد در اينصورت شکست نور براي جلوگيري از برخورد اشعه ها با زمين غير کافي مي باشد . بنابراين فقط اجسام نزديک افق ايجاد سراب مي کنند . روشنائي با پرتو ضعيفي که در اثر جريانات جابجائي صعودي( کنوکشن) کم عمق ايجاد مي شود و همينطور انعکاس قسمتي از آسمان آبي ، ممکن است اشتباه بينائي ناشي از شکست را در سطح آب شديدتر بنمايد .● سراب مرتفعدر مقابل سراب پست، در روي هر سطح مسطح گسترده در صورتي که هواي نزديک زمين خيلي سردتر از هواي بالاي آن باشد . يعني وارونگي دما مشخصي وجود داشته باشد سراب مرتفع ديده مي شود . در چنين شرايطي اجسام نزديک افق بنظر مي رسد بطور عمودي بالاتر از موقعيت مکاني واقعي خود گسترده يافته اند . در حالت هاي حدي اجسام زير افق ممکن است مرئي شوند . شکل زير نشان مي دهد که چگونه اشعه هاي نوراني در موقع ورود به هواي سردتر و غليظ تر نزديک سطح زمين بطرف پائين خم مي شوند . سراب نوع مرتفع بيشتر در نواحي جنب قطبي ديده مي شوند . ولي بهرحال اين نوع سراب ها در ساير مناطق در روي سطوح خشکي ( بويژه در روي زمينهاي پوشيده از برف) يا در روي دريا هنگاميکه هواي خشک در بالاي يک وارونگي کم عمق سطح زمين وجود داشته باشد نيز ممکن است ديده شوند . در اين بخش اثرات تابش مرئي مورد بحث قرار گرفت . ساير شکل ها تشعشع الکترومگنتيک نيز از ميان جو انتقال مي يابند و هنگاميکه به سطح زمين برخورند ممکن است جذب شده و تبديل به گرما گردند . مدت زماني بعد مقداري از اين انرژي ممکن است توسط فرآيندهاي هدايت ، جابجايي صعودي جريانات يا تشعشع به جو انتقال داده شوند . در بخش بعدي ترمودينامک جو مورد بررسي قرار مي گيرد​