Luchtspiegelingen op grote schaal boven warme oppervlakken.

(Plaat Va).

De vlakheid van het terrein en de waarneming op grote afstand is voor het tot stand komen der luchtspiegeling tenminste even belangrijk als de sterke verhitting van de grond. Vandaar dat ons effene land zo buitengewoon geschikt is voor deze soort waarnemingen, en de luchtspiegeling dikwijls even mooi vertoont als de verzengde Sahara. Dikwijls ziet men de luchtspiegelingen alleen wanneer men zich bukt; ze worden ineens vele malen duidelijker en blijken verrassend dikwijls voor te komen, als men maar een toneel- of veldkijkertje gebruikt en vaak de gezichteinder

onderzoekt. - Wij zullen thans een drietal gevallen beschrijven, waarin het verschijnsel buitengewoon veelvuldig en duidelijk optreedt.

Boven lange, vlakke wegen die met asfalt bekleed zijn is de luchtspiegeling op iedere zonnige dag waar te nemen; de thermometer kan een temperatuurverval van wel 20oof 30oaanwijzen in de eerste centimeter boven het oppervlak, daarna wordt de gradiënt een paar graden per cm.2)Naar mijn ervaring is de luchtspiegeling nog prachtiger op onze moderne rechtebetonwegen (Amsterdam-IJmuiden,

Hilversum-Bussum); wel wordt de zonnestraling slechter geabsorbeerd dan bij de geasfalteerde wegen, maar blijkbaar is de warmte-afgifte ook geringer. Bij zonnig weer schijnt zulk een weg in de verte met plassen water bedekt, die groter en duidelijker worden als men zich bukt, en waarin zich de helder gekleurde verre voorwerpen schijnen te spiegelen. Wat wij voor water houden is niets anders

1) Uitvoerige litteratuur! Zie natuurlijk eerst: Pernter-Exner, t.a.pl. - Verder: Biot, Mém. de la Classe des Sc. math. et phys. de l'Institut de France, 246, 1809. - Trans. Edinb. Soc. 30, 551, 1883. - Fr. Nölke, Phys. Zs. 18, 134, 1917. - A. Wegener, Ann. d. Phys. 57, 203, 1918. - R. Meyer, Met. Zs. 52, 405, 1935.

dan de weerspiegeling van de heldere hemel in de verte. Het is merkwaardig, dat de luchtspiegeling helemaal niet verstoord wordt door het drukke verkeer, waardoor toch papier, stof, bladeren opgewerveld worden!

In de uitgestrekte weiden van Noord-Holland of van het Veurne-Ambacht, op de vlakke Friese maaivelden,is de luchtspiegeling een geheel normaal verschijnsel, ja zelfs een kenmerkende trek van een landschap, althans in het voorjaar en de zomer, bij enigszins helder weer en niet teveel wind.1)Een der beste

waarnemingspunten ligt onmiddellijk ten Westen van Heilo (bij Alkmaar), waar het uitzicht geheel vrij is. Men ziet een witte streep aan de gezichteinder, waarboven de verre torens en boomtoppen als 't ware zonder ondergrond zweven. Bukt men zich, dan ziet men het landschap dichterbij vervormd, en daar verschijnen grote blinkende ‘waterplassen’2), waarin zich de huizen en molens spiegelen met de lichte hemel als achtergrond; vooral aan de zonzijde is dit zeer duidelijk. Tegen de middag is dikwijls de kromming der lichtstralen zo sterk, dat men reeds staande overal plassen meent te zien; ook dan is het zeer de moeite waard zich te bukken of een paar meter hoog te stijgen, om te zien hoe de plassen zich schijnen uit te breiden of samen te trekken. Merk op hoe de beelden zich vervormen en vertikaal uitgerekt worden als het oog nog net iets te hoog is om de terugkaatsing te zien. Houdt men het oog zéér laag, dan ziet men de basis der verre voorwerpen niet meer, zij zweven boven een ledige ruimte. Aan de zijde die van de zon afgekeerd is zijn de

waterplassen minder helder, vallen dus niet zo op; maar des te mooier ziet men de vervorming der verre voorwerpen en hun spiegelbeelden. Het is belangwekkend, enkele temperaturen op te nemen in de onderste luchtlagen, bijvoorbeeld op 100, 50, 25, 10 en 0 cm hoogte. Des ochtends, als de zon schijnt, vindt men dan geregeld dat de temperatuur dicht bij de grond het hoogste is; bedraagt het verschil (tussen 100 en 0 cm) 3o, dan is er weinig of geen luchtspiegeling; stijgt het tot 5o, dan is er matige luchtspiegeling; bij 8ois het verschijnsel sterk. De sterkste verschillen krijgt men in de lente op een zonnige, heldere dag, volgend op een killen nacht. - Het is over de uitgestrekte weiden bij Bremen dat Busch, de eerste die de luchtspiegeling

1) K. Braak, Tijdschr. Kon. Ned. Aardr. Genootschap, 39, 587, 1922.

2) In Oost-Friesland spreekt men van ‘mooi weer-katjes’ (Das Wetter, 33, 22, 1916).

wetenschappelijk en grondig bestudeerde, in 1779 het spiegelbeeld der verre stad duidelijk kon waarnemen.

Het mooist en het regelmatigst isde luchtspiegeling aan het strand, over vast en effen zand, bij warm en windstil weer.1)We leggen ons plat op de grond, het oog zo dicht mogelijk bij het oppervlak van het zand, en zien dan geen duidelijk gespiegeld beeld; houden we echter 't hoofd iets hoger, dan krijgen we ineens de merkwaardige indruk dat we omgeven zijn door een vijvertje, waarin de voorwerpen weerkaatst worden: voorwerpen van 10 of 20 cm hoog op 30 m afstand ziet men al weerspiegeld. We kiezen een duidelijk, helder voorwerp H, en houden het oog in een vast punt W bv. even hoog boven het zand als het voorwerp, hetgeen gemakkelijk door een takje of

Fig. 41. Hoe we bij een luchtspiegeling de weg kunnen bepalen die de lichtstralen gevolgd hebben.2)

stokje aan te geven is. Nu bepalen we experimenteel de baan van de lichtstraal die ons het spiegelbeeld doet zien: een helper houdt een meetlatje M op bekende afstand in C en verschuift een staafje tot dit voor ons ooga) in B net het spiegelbeeld afschermt,b) de top van het voorwerp zelf afschermt. We mogen aannemen dat de direkte lichtstraal WH van ons oog naar H rechtlijnig is; achtereenvolgens kan dus de hoogte van de geknikte lichtstraal WAH en zijn gehele baan punt na punt bepaald worden. Zo vinden we dat hij betrekkelijk plotseling, dicht bij het zandoppervlak, een knik moet hebben gekregen. Als dit waar is, verwachten we dath/AW = h'/BW constant zal zijn, en gelijk aan de hoek die de lichtstraal over het grootste gedeelte zijner baan met het zandoppervlak maakt. Dit blijkt inderdaad uit te komen; men vindt hoeken tot 1o. Uit deze hoek en de

1) L.G. Vedy, Met. Mag. 63, 249, 1928. - Hemel en Dampkring, 15, 71, 1917. Nergens zotreffend mooi waar te nemen als over de ontzaglijke zandplaten onzer Noordzee-eilanden, bv. over de 8 km lange Vliehors (W.-Vlieland).

PLAAT V

Luchtspiegeling in de woestijn bij het Suez-kanaal. De lage zandheuvels lijken weerspiegeld in een wateroppervlak; de schijnbare horizon ligt 4'½ onder de verdwijnlijn.

Naar W.H. Steavenson, Quart. Journ. 47, 15, 1920, met teleobjectief, aequiv.f = 90 cm; 1,8 maal vergroot.

Luchtspiegeling langs een door de zon beschenen lange muur. Van den knaap (160 m van den waarnemer verwijderd) is een spiegelbeeld zichtbaar, en zelfs het begin van een abnormaal tweede spiegelbeeld; de muur was 4,5oC heter dan de lucht.

Naar W. Hillers, Phys. Zs. 14, 718, 1913.

bekende brekingsindex van lucht voor verschillende temperaturen leidt men af hoeveel graden heter de lucht vlak bij de grond is dan op ooghoogte:

, hetgeen in de praktijk 5otot 35okan worden.

Fig. 42. Bij de luchtspiegeling wordt slechts een gedeelte van het voorwerp weerspiegeld gezien.a. op kleine afstanden.

In vorig geval is het ontstaan van de luchtspiegeling zeer eenvoudig. Zodra ik mijn blik richt naar een punt van de grond verder dan een zekere grens, treft de

gezichtsstraal de hete lagen onder een voldoende schuine hoek om vrij plotseling geknikt te worden; het effekt is ongeveer hetzelfde alsof van daar af de grond met een spiegel bedekt was. Verre voorwerpen worden aldus in twee delen verdeeld: het bovenste wordt enkel gezien, het onderste geeft een omgekeerd spiegelbeeld (fig. 42a).

Fig. 42.b. op grote afstanden.

Bij luchtspiegeling op grote afstanden spelen de kromming der Aarde en de gewone straalkromming een zeer merkbare rol; beneden een zekereverdwijnlijn wordt de voet van de verre voorwerpen onzichtbaar tengevolge van de kromming der Aarde; tussen die verdwijnlijn en een hoger gelegengrenslijn bevindt zich het gedeelte van het voorwerp dat weerspiegeld wordt gezien, en waarvan het spiegelbeeld meestal iets in vertikale richting samengedrukt is; boven de grenslijn tenslotte zien we de voorwerpen waarvan geen spiegelbeeld ontstaat (fig. 42b).

In plaats van de snelle temperatuursprong bij het aardoppervlak zijn er veel ingewikkelder temperatuurverdelingen denkbaar, die ieder weer hun bijzondere optische gevolgen hebben. Bij sterke luchtspiegeling over het strand kan men door een proef-

ondervindelijk onderzoek, zoals wij het beschreven, uitmaken hoe de verdwijnlijn en de grenslijn lopen, en daaruit de temperatuurverdeling afleiden. Rechtstreekse temperatuurmetingen zijn hiermee te vergelijken. Maar zulke onderzoekingen zijn moeilijk, omdat het altijd mogelijk is dat het strand niet geheel waterpas verloopt.

Bij elke zeereis ziet men tal van luchtspiegelingen, die door vorige beschouwingen begrepen kunnen worden (fig. 43, 44). Als het verschijnsel weinig ontwikkeld is, zoals gewoonlijk, wordt het gespiegelde (omgekeerde) beeld zó afgeplat, dat het

Fig. 43. Een eiland, gezien van toenemende afstanden bij luchtspiegeling.

slechts een horizontaal lijntje lijkt dat met de basis van het voorwerp ineenvloeit. Het enige wat nu nog opvalt, is de heldere lichtstreep van de gespiegelde hemel, waaraan men natuurlijk de samendrukking niet bemerkt. De verre voorwerpen schijnen dus als 't ware op een kleine hoogte boven de gezichteinder te zweven. Dit optisch verschijnsel, dat niets anders is dan een weinig ontwikkelde

luchtspiegeling, is haast dagelijks op zee waar te nemen, vooral wanneer men gebruik maakt van een kijkertje. Zo kan men bijna steeds van de Zuiderzeekust of van Amsterdam uit Urk, Marken en Pampus zien.1)Als de verschillende delen van een eiland ongelijk ver van ons verwijderd zijn, worden de verste delen het hoogst door de grens- en verdwijnlijn getroffen, en ontstaat fig. 44d.

De meting van de hoogte der verdwijnlijn boven de schijnbare gezichteinder is een eenvoudig middel om de ‘sterkte’ der luchtspiegeling in getalmaat uit te drukken; zij kan geschieden met een der methodes, aangegeven in het aanhangsel, § 235. Men vindt hoeken van enkele boogminuten.

Soms treedt een ander verschijnsel op dat men hiermede zou kunnen verwarren: een laag fijne waterdruppeltjes, afkomstig van de branding, die boven de zee zweeft en de onderste gedeelten der verre voorwerpen met een laag lichte nevel bedekt.

1) ‘Dat is het wonderbaarlijke van deze eilanden, dat zij in straalbreking zich los van de zee schijnen te maken, en daarboven zweven gaan, alsof zij er heel licht en sprookjesachtig dreven in de ruimte van den aether’. (H.v. Wermeskerken, Terschelling).

Fig. 44. Waarnemingen van de luchtspiegeling gedurende een zeereis.

Luchtspiegelingen, met vervorming der beelden en terugkaatsing, zijn nog in de volgende omstandigheden waargenomen:

bij het baden, als het water warmer is dan de lucht;

op de grote meren van Z.W.-Friesland; het verschijnsel wordt daar ‘tillen’ genoemd;

boven spoorbanen: als men zich bukt ziet men hoe een lokomotief in de verte helemaal vervormd lijkt;

boven vlakke geestgronden of vlakke zwarte bouwgrond; langs duinhellingen, als men evenwijdig aan de helling kijkt;

langs gewone stadsstraten, met stenen geplaveid, vooral wanneer men rakelings langs de hoogste top ener helling kan kijken.