Hetedikes, pontosabban mindjárt nyolcadikos lelkes unokahúgunkat eléggé érdeklik a fizikai kísérletek. Így amikor néhány napig nálunk vendégeskedett augusztus elején, elhatároztuk, hogy együtt bemegyünk a laborba és kitalálunk magunknak egy izgalmas, gyorsan megvalósítható “instant” kutatási projektet. A témaválasztásban segítségünkre volt az újra bedurvuló világjárvány miatt sajnos éppen törölt IYPT nemzetközi fizikaverseny egyik feladata, mely a fata morgana, vagyis a hidegvízi délibáb nevű fénytörési jelenség vizsgálatára irányult. Ennek az “általános iskolásított” verzióját hajtottuk végre. A kísérletben mellékesen megmutattuk, hogy azért lehet, hogy a Föld mégsem feltétlenül lapos.

A fata morgana egy elsőre elég misztikusnak tűnő jelenség, mely nem véletlenül kapta az Artúr-mondakörben szereplő Morgan le Faynak, Artúr király nővérének nevét, aki tündér és másodállásban boszorkány volt a legenda szerint. A Messinai-szoros környékén lakók évszázadokkal ezelőtt azt vették észre, hogy a látóhatár közelében felbukkanó hajók fölött, látszólag a levegőben lebegve (legtöbbször fejjel lefelé) megjelent még egy ugyanolyan hajó képe, sőt, az is előfordult, hogy az eredeti hajó nem is látszott, mert messze, a horizonton túl helyezkedett el, csak a másodlagos kép, vagyis a víz fölött “lebegő” fejjel lefelé fordított hajó. A messinai halászok teljesen ledöbbentek, ami persze abszolút érthető is.

Ma már tudjuk, hogy a jelenségben semmi boszorkányság nincs, egyszerűen csak a nyári aszfaltutakról jól ismert délibáb-jelenség egy speciális, fordított változatáról van szó. Ahogy mondani szokás, egy fénytanilag sűrűbb közegből egy ritkábbnak tekinthető közegbe átlépő fény teljes visszaverődést “szenved” (bár lehet, hogy valójában élvezi, ezt nem tudhatjuk), ha a két közeg határát elég lapos szögben éri el. Ezt leggyakrabban a víz-levegő határfelület mentén tapasztalhatjuk. A víz alól fölfelé tekintve kilátunk a medence fölötti világba, de ha messzebbre, oldalirányba nézünk, azt tapasztaljuk, hogy a vízfelszín egy hullámzó tükörként viselkedik és az aljzat képét látjuk ott visszaverődni, az égből meg semmit se. Vagyis a fényutak valahogy így festenek:

Ezt amúgy észrevehetjük mindenféle vízi sportesemények tévéközvetítésekor is, amikor a versenyszámok közötti szünetben látunk egy ilyen képet, mint ez itt ni. Valóban, egy “körön” belül jól kivehetők a csarnok mennyezeti lámpái, de azon kívül csak a medence aljának tükörképét csodálhatjuk. (Ha nincs ez a nyomorult vírus, mostanában épp ilyeneket nézegethetnénk naponta, a tokiói olimpiáról élőben közvetítve.)

A víz aljzatán (mondjuk a használaton kívüli olimpiai medencében) lakó halak, csigák, rákok tehát azt látják, hogy egy bizonyos távolságnál messzebb lévő aljzati tereptárgyak fejjel lefelé lebegnek az “égen”. Ez tiszta sor. De a messinai halászok nem a víz alatt élnek, hogyan láthattak mégis valami hasonlót?

Hát úgy, hogy bizony a tenger fölötti levegő is tud fénytanilag “rétegzett” közeg lenni. Tavak, félig zárt tengeröblök, szorosok közelében gyakran megesik, hogy a hideg víz lehűti a szárazföld felől föléáramló meleg levegőréteg legalsó néhány méteres tartományát (ezt amúgy határrétegnek nevezik). A hideg levegő nehezebb és ráadásul fénytanilag is sűrűbb a meleg levegőnél. No messze nem annyival, mint a korábbi példánkban szereplő víz, ezért a jelenség nem olyan erős, mint amit egy medence aljáról tapasztalunk. De hogyha eléggé messzire, a látóhatár közelébe tekintünk, észrevehetővé válik megfelelő időjárási viszonyok esetén. (Aki durvább légköri fénytörést szeretne látni, az utazzon a sűrű atmoszférájú Vénuszra. Bár ezt inkább mégse ajánlanám, nem valami kellemes hely.)

Kicsi sűrűségkülönbséget mi is tudunk csinálni a laborban, mondtuk erre mi. Viszont mi nem levegő-levegő hanem víz-víz réteghatáron állítottuk elő a jelenséget. Alaposan bekevertünk egy nagy akváriumban néhány liter vízbe néhány deka konyhasót, majd nagyon lassan és óvatosan (hogy gátoljuk a további keveredést) egy szivacson keresztül a tetejére csöpögtettünk még egy-két liternyi “sótlan” csapvizet. Mi tehát nem hőmérsékletkülönbséggel, hanem sótartalommal idéztük elő a (fénytani) sűrűségkülönbséget, de az eredmény ugyanaz volt: egy pici, maximum néhány százaléknyi sűrűségkülönbség a két egymásra fektetett réteg között.

Ezek után fölvettük a megfelelő védőszemüvegeket, előkaptuk a “pilótavakító” kategóriás zöld lézert és belevilágítottunk vele az akváriumba. És tessék, ezt láttuk: a picit fölfelé irányított lézernyaláb varázslatosan visszahajlott a kissé “elkenődött” sós-sótlan határ közelében. Meghajlítottuk a fényt!

Éppen úgy, ahogy a messinai halászok esetében is történt. Ők ugyanarról a távoli objektumról egyrészt láthatták az “egyenesen” szemből érkező fényt, de, ha a fényforrás elég messze volt, észrevehették a légköri alsó határréteg tetejéről visszaverődő másodlagos képet is, ami pont olyan pályát leírva jutott a szemükbe, mint a kísérletünkben meghajlított lézernyaláb.

Rögtön a kísérlet utáni napokban a Balatonra utaztunk, s ott bebizonyosodott, hogy egyáltalán nem kell az embernek Messináig utazni, hogy fata morganát lásson! Ugyanis a lellei strandról besétálva a derékig érő vízbe és kelet felé tekintve nem mást vettünk észre, mint a Tihanyi-félsziget csücskét, ahogy éppen a látóhatár fölött “lebegett”! Az erről lőtt fényképem amatőr és rossz felbontású, de némi képzelőerővel azért észrevehető a jelenség: segítségként egy szakaszon piros vonallal bejelöltem a látszó horizont vonalát (ami néhány kilométerre van, távolságának pontos értéke a megfigyelési magasságtól függ).

És erről eszembe jutott néhány évvel ezelőtt egy Sándor nevű “hobbyfizikusnak” a médiában sajnos alaposan megfuttatott “megdönthetetlen” kísérleti eredménye, amely állítása szerint pont a miénkhez hasonló lézerpointer használatával “igazolta”, hogy a Föld nem lehet gömbölyű. Sőt, laposnak kell lennie. Ahogy az egyik akkori cikkben olvasható: “Sándor és társai lézeres mérővel is megnézték a Balaton állítólagos görbületét, ám a lézernyaláb minden pontról teljesen egyenes irányba világított, ebből tehát arra következtettek, hogy a Balaton keresztben-hosszában vízszintes. Márpedig ha a Balaton vízszintes, akkor nagy valószínűséggel az óceánok is azok. Akkor pedig a Föld nem lehet gömbölyű.” Vagyis abból a tényből, hogy Balatonaliga és Tihany között tudtak egy erős lézerpointerrel jelet küldeni, arra következtettek, hogy a Föld nem lehet gömbölyű, hiszen akkor a görbület kitakarta volna a fényutat. Persze Sándor azt gondolta, hogy a fény mindig egyenesen megy. De ahogy a laborban elhajlott zöld lézernyaláb és a víz fölött lebegni látszó félsziget is mutatja, a dolog azért mégsem mindig ilyen egyszerű.

Mondjuk persze teljesen mindegy, ugyanis a Balaton úgysem létezik. :)

emTV.hu // fotók: wikipedia, Vincze Miki