Einleitung
Luftspiegelungen sind seit Jahrtausenden bekannt und wurden jahrtausendelang für Fabeln gehalten. Für den Menschen der Frühzeit waren es übernatürliche Erscheinungen; nichts anderes als Zauberei; für den wissenschaftlich Gebildeten häufig Phantasien. Erst im 17. Jahrhundert mit der Entdeckung der grundlegenden optischen Gesetze und der Gesetzmäßigkeiten, der Wärmelehre im 18. Jahrhundert sowie mit der Erfindung geeigneter physikalischer Messgeräte waren die wissenschaftlichen Voraussetzungen geschaffen, dieses Naturphänomen zu erklären.
In Wirklichkeit handelt es sich um verschiedenartige Phänomene hinsichtlich ihrer Erscheinungsformen und ihrer Entstehung. Jeder kennt die Erscheinung, dass an heißen Sommertagen auf der Asphaltstraße in einiger Entfernung scheinbar silbrig schimmernde Wasserflächen zu beobachten sind, die beim Näherkommen wieder verschwinden. Dabei handelt es sich um eine der einfachsten Arten der Luftspiegelung, die dem Anschein nach kaum etwas gemeinsam hat mit der faszinierenden Fata Morgana, wie sie in älteren Beschreibungen zuweilen geschildert wird. Und doch ist es im Prinzip das gleiche Geschehen.
Luftspiegelungen sind im allgemeinen ungewöhnliche optische Erscheinungen, bei denen entfernt gelegene Gegenstände entweder nach unten oder nach oben oder seitlich gespiegelt wahrgenommen werden, teils verkleinert oder vergrößert, teils aufrecht oder auf dem Kopf stehend, häufig jedoch verzerrt, und zwar aufgrund wechselnder Lichtstrahlenbrechung, bedingt durch die unterschiedliche Dichte der die Erdoberfläche umgebenden Luftschichten.
Bei der Luftspiegelung gelangen die von einem Gegenstand ausgehenden Lichtstrahlen auf verschiedenen Wegen in das Auge des Betrachters. Deshalb lassen sich von einem bestimmten Objekt neben dem direkten Bild ein oder sogar mehrere gespiegelte Bilder beobachten. Die für die Lichtstrahlenbrechung bei Luftspiegelungen maßgeblichen Luftschichten unterschiedlicher optischer Dichte beruhen darauf, dass die Temperatur in der unteren Schicht der Atmosphäre extrem nach oben ab- oder zunimmt. Deshalb treten besonders ausgeprägte Spiegelungen vorzugsweise in den geographischen Breiten auf, wo solche Temperaturverhältnisse vorherrschen oder häufiger anzutreffen sind, z.B. in Wüstengebieten oder über kalten Meeren.
Bei der Vielfalt der Erscheinungsformen, mit der das Phänomen der Luftspiegelung sich je nach meteorologischen und geographischen Gegebenheiten dem Betrachter zeigt, ist es naheliegend, die verschiedenen Arten zu systematisieren. Es gibt folgende Arten von Luftspiegelungen:
- normale terrestrische Refraktionserscheinung
- Spiegelung nach unten
- Spiegelung nach oben
- seitliche Spiegelung
- Fata Morgana
In diesem Projekt haben wir uns mit der Geschichte der Luftspiegelung, der normalen terrestrischen Refraktionserscheinung, der Spiegelung nach unten und der Fata Morgana auseinandergesetzt. Außerdem wurden Versuche zur Strahlenbrechung und zur Fata Morgana durchgeführt.