ẢO ẢNH
Như ta đã biết, ánh sáng lan truyền theo đường thẳng chỉ trong môi trường đồng nhất. Ở ranh giới giữa hai môi trường, tia sáng khúc xạ, tức là hơi bị chệch hướng so với đường đi ban đầu. Bầu không khí của Trái Đất nói riêng là một môi trường không đồng nhất như vậy: mật độ của nó tăng lên ở gần bề mặt Trái Đất. Tia sáng bị bẻ cong, kết quả là các tinh tú nhìn hơi bị xê dịch “hơi lên cao hơn” so với vị trí thực trên trời. Hiện tượng này được gọi là khúc xạ.
Khúc xạ khá mạnh khi tinh tú ở gần đường chân trời. Người ta tính rằng các ngôi sao, Mặt Trời, Mặt Trăng lúc mọc và lúc lặn có vẻ ở cao hơn vị trí thực khoảng 35’ tức là hơn nửa độ. Kích thước góc của đĩa Mặt Trăng và Mặt Trời cũng bằng khoảng nửa độ. Vì thế, nếu ta nhìn thấy Mặt Trời (hay Mặt Trăng) đang lặn mà mép dưới chạm vào mặt đất thì thực ra mép trên đã khuất dưới chân trời.
Do hiện tượng khúc xạ ánh sáng trong khí quyển nên có thể xuất hiện các ảnh ảo của các vật ở xa.
Không khí nóng lên ở bề mặt Trái Đất và càng lên cao nhiệt độ càng giảm. Tuy nhiên nếu phía trên một lớp không khí lạnh lại có một lớp không khí ấm hơn (chẳng hạn do gió nam đưa tới) và rất loãng, thì mức độ không đồng nhất giữa các lớp chuyển khá đột ngột và khúc xạ tăng mạnh. Các tia sáng đi từ các vật trên mặt đất, vạch thành cung tròn vồng lên rồi quay xuống dưới, đôi khi cách nguồn hàng chục, thậm chí hàng trăm kilômet. Khi đó có hiện tượng “chân trời nâng lên” hay là ảo ảnh trên.
Ở bờ biển Cốt Đadua (Côte d’Azur) của nước Pháp vào buổi sáng đẹp trời có thể nhìn thấy các ngọn núi của đảo Coocxơ ở cách đó hơn 200 km nhô cao lên trên mặt biển địa Trung Hải. Ở Calabria, đối diện với bờ đảo Xixilia (ltalia), trong không trung thường xuất hiện các phong cảnh lạ với các lâu đài và cây bách. Các nhà nghiên cứu cho rằng sự xuất hiện các ảo ảnh này trên bờ biển Địa Trung Hải là do ảnh hưởng của sa mạc Xahara: các khối không khí nóng dâng cao trên sa mạc, sau đó di chuyển lên phía bắc.
Cami Phlammariông trong cuốn “Khí quyển” đã cho biết rằng người dân thành phố Vecviê (Bỉ) vào buổi sáng tháng sáu năm 1815 đã nhìn thấy trên trời một đội quân rõ ràng đến nỗi có thể phân liệt được trang phục lính pháo binh. Đó là buổi sáng có trận đánh Oateclô. Khoảng cách giữa Vecviê và Oateclô là 105 km.
Các ảo ảnh trên thường gặp ở biển trước khi có giông bão. Có lẽ chính những ảo ảnh này đã sinh ra các huyền thoại về những con tàu ma.
Các ảo ảnh dưới xuất hiện chủ yếu trong các trường hợp các lớp không khí sát mặt đất (ví dụ, ở sa mạc) bị nung nóng đến mức các tia sáng xuất phát từ các vật bị cong mạnh. Sau khi vạch một vòng cung võng xuống sát mặt đất chúng đi hướng lên trên. Khi đó đột nhiên có thể thấy nhà cửa cây cối giống như bị phản xạ trong nước. Trên thực tế đó là những hình ảnh lộn ngược của phong cảnh xa xôi. Ảnh ảo dưới cũng có khi xuất hiện trên mặt đường nhựa bị Mặt Trời thiêu đốt.
