Definiciones Aceptadas
El espejismo es un fen�meno que se observa con mas facilidad en d�as con bastante sol y sobre superficies planas fuertemente calentadas por los rayos solares, veamos a continuaci�n las explicaciones que algunos autores dan a este fen�meno:
"... Ocasionalmente, cuando la superficie terrestre se calienta fuertemente por radiaci�n solar, las capas de aire mas pr�ximas a la tierra se hallan mucho mas caliente que las que se hallan a alturas mayores. Esta situaci�n produce una condici�n de equilibrio inestable en que, en lugar de decrecer, la densidad del aire aumenta con la altitud al menos hasta una cierta altura. En consecuencia el �ndice de refracci�n aumenta tambi�n con la altura y los rayos luminosos se curvan con la concavidad hacia arriba en la proximidad de la superficie. Bajo condiciones estas, los rayos luminosos provenientes de objetos situados en la proximidad de la superficie terrestre pueden llegar al ojo del observador ya sea por una trayectoria que no se aproxima a la superficie terrestre o por una trayectoria curvil�nea que pasa cerca de la superficie. As�, el observador vera el objeto aproximadamente en su posici�n correcta y adem�s una imagen invertida del mismo como si fuera reflejado por una superficie de agua. Este fen�meno, conocido como espejismo, es visto frecuentemente en el desierto, creando la ilusi�n de presencia de un deposito de agua. El mismo fen�meno se suele ver en pavimentos calientes..." (1).
"... fen�meno producido por la refracci�n atmosf�rica es el espejismo. La condici�n necesaria para que se produzca es que el aire pr�ximo a la superficie del suelo sea menos denso que el que esta encima, situaci�n que se presenta a veces en una regi�n intensamente calentada por los rayos solares ..."(2).
(1) "Fundamentos de Optica", Bruno Rossi, pag. 56
(2) "Optica" Francis W. Sears, pag. 9
El origen de esta definici�n se remonta a 1789 por la interpretaci�n del matem�tico franc�s Gaspar Monge en una expedici�n napole�nica al Africa.
El primer fen�meno solamente se puede apreciar cuando la superficie del suelo se encuentra suficientemente calentada por los rayos solares. Un fen�meno similar a este, es el que se aprecia cuando se observa objetos distantes por encima de cualquier fuente de calor. La explicaci�n de este fen�meno es que los rayos de luz al atravesar el espacio que separa al observador del sujeto sufren diferentes refracciones de acuerdo a los diferentes factores a que est�n afectadas las part�culas de aire, que son las que menciona Jerome Nam�as:
"...La temperatura de una part�cula de aire que se mueve dentro de una masa a�rea esta afectada por los factores siguientes:
La temperatura, especialmente en el suelo, est� tan afectada por estos factores que es imposible considerarla como elemento muy representativo para identificar una masa de aire despu�s de abandonar su regi�n de origen..."(3)1.- La conducci�n y la mezcla.
2.- La condensaci�n y la evaporaci�n.
3.- La expansi�n y la compresi�n (cambios adiab�ticos).
4.- La insolaci�n y la radiaci�n.
(3) "Introducci�n al Estudio de las Masas de Aire y al An�lisis Isentr�pico", Jerome Nam�as, pag. 7
El segundo fen�meno, como se expone a continuaci�n, se puede apreciar durante las 24 horas del d�a y en cualquier �poca del a�o.
Observaci�n del espejismo durante las 24 horas del d�a
El espejismo es un fen�meno que observado a simple vista se advierte distante, consecuentemente, con el uso de un prism�tico, podemos observar con mayor facilidad sus caracter�sticas, y mejor aun, si dicha observaci�n la efectuamos desde una altura lo mas pr�xima al suelo posible.
Espejismo Diurno
La fotograf�a 1 fue tomada a las 12:00 p.m. en la ciudad de Tacna al sur del Per�, el d�a 9 de mayo de 1976, con un lente de 135 mm desde una altura de 48 cm del suelo, la lectura del term�metro colocado a nivel del suelo indicaba 31 grados cent�grados y el colocado a 90 cm del suelo indicaba 36 grados cent�grados. Futuros controles de las temperaturas en estos niveles, indicaban variaciones notables debido a los factores que afectan a las part�culas de aire antes mencionadas.
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Espejismo de Madrugada
La fotograf�a 2 fue tomada a las 05:45 a.m. del d�a 16 de mayo de 1976, desde la misma altura que la de la fotograf�a 1, y las temperaturas registradas fueron de 12 grados cent�grados en ambos term�metros, a nivel del suelo y a 90 cm del suelo. En esta fotograf�a se puede observar claramente que la luz del alumbrado p�blico ilumina la atm�sfera de la ciudad y la misma se refleja en la carretera, dando la impresi�n de que esta estuviera mojada, tambi�n se observa que los focos del alumbrado p�blico tambi�n se reflejan en la carretera tantas veces como ondulaciones presente la carretera.
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En estas fotograf�as se puede apreciar que este fen�meno se observa, tanto en las horas en que la superficie del suelo se encuentra mas caliente por la acci�n de los rayos solares, como en las horas en que se encuentra mas fr�a, que es en la madrugada.
Espejismo Nocturno
Cuando se viaja de noche por una carretera, en algunas oportunidades se observa las luces de los veh�culos que vienen en direcci�n contraria multiplicadas en su n�mero pareciendo que vinieran mas veh�culos que los que realmente son, y esto como consecuencia de que los faros de esos veh�culos se reflejan sobre la carretera tantas veces, como ondulaciones presente la carretera.
Para poder observar de noche � de madrugada el fen�meno de la impresi�n enga�osa de que la carretera estuviera mojada, que se aprecia f�cilmente durante los d�as con bastante sol, que no es mas que la luz del cielo reflejada en el suelo, se deber� escoger una carretera en las afueras de la ciudad y que est� dirigida a la misma, tal como se muestra en la fotograf�a 2, siendo imprescindible que el observador se ubique lo mas pr�ximo posible al suelo provisto de un prism�tico y notara que la luz del alumbrado p�blico, al iluminar la atm�sfera circundante a la ciudad, �sta se refleja sobre la carretera dando la impresi�n de que estuviera mojada, as� como tambi�n se podr� apreciar que los focos se reflejan en la carretera.
Control de Temperaturas a Nivel del Suelo y a 50 cm de �l
En el siguiente gr�fico se puede apreciar el promedio de las temperaturas registradas mediante tres term�metros en el campamento minero de Cuajone, ubicado en el Departamento de Moquegua - Per� a 3,500 metros de altura sobre el nivel del mar, entre las 06:00 y las 17:00 horas.
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Observaci�n del espejismo en condiciones diferentes a las usuales
La impresi�n enga�osa de que la carretera estuviera mojada tambi�n la podemos observar sobre paredes verticales, para lo cual se requiere poner uno de nuestros ojos, lo mas pegado posible a una pared lo suficientemente alta y mirar casi tangente a la misma, y se vera que la luz del cielo se refleja sobre la pared.
En la figura 1 se puede ver otra manera de ver objetos reflejados sobre superficies que reflejan la luz difusamente, tal como una hoja de papel, para lo cual, se aconseja doblar el papel para evitar las ondulaciones y mirar casi tangente a la hoja una fuente de luz, objetos intensamente iluminados por rayos solares � la imagen que emite un televisor.
En el experimento que se muestra en la figura 1, se puede apreciar un fen�meno similar al espejismo que se observa en la superficie del suelo, es decir, la reflexi�n de los objetos, y siendo que en este experimento no tiene ninguna intervenci�n la temperatura, tanto de la superficie del papel como del aire pr�ximo al mismo, debemos concluir, por analog�a, que en la refracci�n atmosf�rica no interviene en absoluto la temperatura en la causa de el espejismo que se aprecia en la superficie del suelo.
Radiaci�n Solar
Siendo que el fen�meno del espejismo se observa con mayor facilidad durante las horas en que la superficie del suelo se encuentra mas caliente por la acci�n de los rayos solares, y no contando con los adelantos tecnol�gicos con que contamos en la actualidad, es natural que primariamente se llegara a la conclusi�n de que este fen�meno fuera originado por el incremento de la temperatura de la superficie del suelo. Sin embargo, durante las horas en que la superficie del suelo se encuentra mas expuesta a la radiaci�n solar, intervienen dos factores, que son:
La impresi�n enga�osa de que el suelo estuviera mojado de la fotograf�a 1 es mayor que el de la fotograf�a 2, �sto debido a que la cantidad e intensidad de la luz solar que ilumina la atm�sfera de la fotograf�a 1, y que se refleja sobre el suelo, es mayor que la cantidad e intensidad de la luz del alumbrado p�blico que ilumina la atm�sfera y que se refleja sobre el suelo de la fotograf�a 2.
- Incremento de la temperatura del suelo.
- Incremento de la cantidad e intensidad de la luz solar incidente sobre la superficie del suelo.
A mayor �ngulo de incidencia mayor ser� el �rea iluminada que refleje rayos hacia el observador.
- Angulo de incidencia (89� 40' aproximadamente).
- Grado de rugosidad de la superficie.
- Cantidad e intensidad de los rayos de luz.
A mayor grado de rugosidad de una superficie, mayor cantidad e intensidad de rayos de luz incidente se requerir�n para que se produzca el fen�meno del espejismo.
La reflexi�n de la luz sobre superficies rugosas que en condiciones normales reflejan la luz difusamente, se explica si se considera que, a mayor �ngulo de incidencia de un haz de luz, mayor ser� el �rea iluminada de la superficie, y por consiguiente, mayor cantidad de part�culas de dicha superficie podr�n reflejar la luz incidente sobre ellas hacia el observador, tal como se muestra en la figura 2.
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Mucho agradecer� me envien sus comentarios al respecto.
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En la direcci�n que se muestra a continuaci�n expongo un experimento para poder determinar definitivamente la causa que origina este fen�meno.
En la siguiente direcci�n encontrar� una explicaci�n del fen�meno de la desviaci�n de la luz al pasar cerca de la Luna de la Tierra.