Polarna iluzja: co kryje się za złudzeniami - Edu Arctic

W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej  szczegółów w naszej Polityce cookies.

Regiony polarne skrywają jeszcze wiele tajemnic. Ludzi, a szczególnie naukowców fascynuje to, co niewidoczne: w końcu to właśnie na Antarktydzie są ostatnie miejsca na Ziemi, do których nie dotarł jeszcze człowiek. W ukrytych głęboko pod lodem jeziorach, odciętych od reszty świata przez tysiące, a nawet miliony lat, mogą żyć bakterie, które mogą zmienić nasze wyobrażenie o początkach życia na Ziemi – i być może o jego istnieniu na innych planetach. Uczeni ścigają się w poszukiwaniu tego, czego nie widać…

 A paradoksalnie szczególnie w krainach lodu to, co widać, bywa wyjątkowo zwodnicze. Niezwykłe polarne warunki sprzyjają iluzji. W pułapkę zwodniczych zjawisk wpadali już Wikingowie. I dziś łatwo w pierwszym odruchu podejrzewać interwencję „kosmitów”. A wszystko ma oczywiście – nie zawsze oczywiste – naukowe wyjaśnienie.

Morze płonie?

Niektóre zjawiska, choć są niesamowitym spektaklem, można łatwo intuicyjnie wyjaśnić. Na przykład pozorne „dymienie” morza (tzw. dym arktyczny) – choć w pierwszej chwili wydaje się, że powierzchnia morza musi jakimś cudem „płonąć”, to szybko zauważymy, że nad wodą pojawiła się mgła składająca się z zamarzniętej pary wodnej. Stosunkowo ciepła woda paruje z otwartej powierzchni do zimniejszego o co najmniej 10 stopni Celsjusza powietrza, tam przekracza stan nasycenia i ulega natychmiastowej kondensacji. O dymienie morza najłatwiej w Arktyce, choć bywa też zaskakującą atrakcją nad Bałtykiem.

Inuicka nawigacja

Szczególną rolę historyczną pełniły zjawiska optyczne, znane głównie pod angielskimi, przemawiającymi do wyobraźni nazwami, związane z wyjątkowym, wodno-lodowym krajobrazem Oceanu Arktycznego: tzw. odblask lodu („ice blink”) i wodne niebo („water sky”). Odblask lodu to jasna, białawo-żółtawa poświata widoczna u podstawy niskich chmur, występująca nad odległym skupiskiem zwartego lodu. Kiedy światło słoneczne przenika przez pochmurne niebo, jest odbijane między warstwą chmur a powierzchnią Ziemi czy morza. Woda absorbuje promieniowanie słoneczne znacznie skuteczniej niż powierzchnie pokryte lodem, dlatego chmury nad otwartą wodą pozostają ciemne, natomiast nad obszarami pokrytymi lodem odbite światło tworzy na spodzie chmur jasne plamy. Stosunkowo niewielka powierzchnia lodu w oddali daje spory, widoczny z daleka odblask na chmurach.

Z kolei zjawisko nieba wodnego odnosi się do ciemnych smug na dolnej powierzchni chmur niskich, wskazujących na obecność otwartej wody w pobliżu lodu morskiego (pod chmurami). Światło słoneczne odbija się od tafli morza i lodu w różny sposób. Światło odbite od lodu powoduje, że chmury są jasne, natomiast światło odbija się od powierzchni słabiej – spodnia strona chmur leżących nad tym obszarem jest ciemniejsza

Te zjawiska, niczym naturalne latarnie morskie, pomagały m.in. Inuitom, ale również śmiałkom eksplorującym Przejście Północno-Zachodnie, bezpiecznie nawigować, ostrzegając o niebezpiecznym lodzie, który mógł znajdować się poza zasięgiem wzroku lub poza horyzontem.

Na marginesie, tym ostatnim podróżnikom umiejętność obserwacji tych zjawisk nie okazała się bardzo pomocna – co prawda poprawiała bezpieczeństwo, ale poszukiwanie Przejścia Północno-Zachodniego było bezowocne. W 1795 roku, po dwóch wiekach poszukiwań, ustalono, że nie istnieje ciągły kanał, którym można by bez przeszkód przepłynąć. Trasę między Atlantykiem a Pacyfikiem można było pokonywać, ale podróż trwałaby lata, ponieważ statki wmarzałyby w lód na kilka miesięcy. Oczywiście globalne ocieplenie zmienia obecnie tę sytuację, otwierając powoli nowy, ważny, niegdyś niedościgniony szlak wodny – co niesie ze sobą zresztą zupełnie nowe, środowiskowe zagrożenia.

Saga o hafgerdingarach

Wodne niebo i odblask lodu wyróżniają się na tle zjawisk optycznych. Są „niewinne”, a nawet pożyteczne, wyolbrzymiając pozornie to, co rzeczywiście istnieje, pozwalając dostrzec zagrożenie czy też właściwą ścieżkę z większej odległości bez specjalistycznego sprzętu. W przeciwieństwie do tych naturalnych nawigacyjnych „pomocników”, inne polarne złudzenia optyczne nie pomagały, a wręcz wprowadzały w błąd kartografów, którzy nanosili na mapy nieistniejące wyspy.

Wczesne nordyckie sagi – jak np. Konungs skuggsjá („Lustro króla”) z XIII wieku, wspominają o „hafgerdingar”. „Lustro króla” ma formę rozmowy między ojcem a synem. Syn, szukając mądrości i zrozumienia, zadaje ojcu pytania o otaczający go świat. W części dotyczącej „Cudów Grenlandii” ojciec opisuje tajemnicze „żywopłoty morskie”, wyglądające „jakby wszystkie fale i burze oceanu zostały zebrane w trzy hałdy, z których powstają trzy kłęby; są wyższe niż wysokie góry i przypominają strome, wiszące klify”. Taki widok budził przerażenie dzielnych nordyckich wojowników, którzy czasem w  popłochu uciekali z pokładu, nie wiedząc, że to tylko „arktyczne miraże” - znane również pod islandzkim słowem „hillingar”, czyli obraz lądu znajdującego się daleko za horyzontem.

„Hafgerdingary” powstają, ponieważ gęstość powietrza w pobliżu zimnej ziemi jest wyższa niż gęstość powietrza powyżej, a promienie świetlne przechodzące z cieplejszego do zimniejszego powietrza załamują się. Obraz oddalonego obiektu mylący wędrowców– brzmi znajomo, prawda? Zjawisko przypomina Fatę Morganę, znaną z pustynnych obszarów, a nazwaną na cześć wróżki Morgany z legendy o królu Arturze. Miraże związane są z różnymi współczynnikami załamania światła w warstwach powietrza o różnej temperaturze.

Arktyczne miraże to tzw. miraże górne - różnią się od pustynnych tym, że światło jest w uproszczeniu „wygięte” w przeciwnym kierunku. Pustynne miraże są odwrócone do góry nogami i niższe niż pierwotny obiekt, podczas gdy hafgerdingary prezentują obiekt bez odwrócenia do góry nogami i wydaje się on obserwatorowi wyższy niż oryginalny obiekt.

Jak powstaje miraż górny? Warstwa powietrza przy powierzchni ziemi jest chłodniejsza od wyższych warstw. Promienie świetlne są wówczas zakrzywiane ku dolnej, chłodnej, a więc gęstszej warstwie powietrza. Załamanie promieni powoduje powstanie odbicia lustrzanego. Do oczu obserwatora dociera obraz przedmiotów, będących poza kierunkiem spostrzegania, poza linią horyzontu. Refrakcja atmosferyczna (czyli ugięcie promieni świetlnych) pozornie unosi obiekty.

Arktyczne miraże, choć zwodnicze i trochę przerażające (kogo nie przeraziłyby takie ogromne „żywopłoty” na środku morza?), odważniejszych podróżników niewątpliwie zaciekawiały i inspirowały do poszukiwania bajecznych krain „zawieszonych” nad morską powierzchnią. Prawdopodobnie dzięki mirażom pływający po arktycznych wodach żeglarze wiedzieli, co znajduje się za linią horyzontu. Odkrywcy Islandii mogli wypłynąć na wyprawę w małych, prostych łodziach, mamieni przez miraż Wysp Owczych, znajdujących się w odległości 385 km od ostatecznie odkrytej wyspy. Do Wysp Owczych nie dotarli, ale mieli to szczęście, że na ich drodze znalazła się Islandia.

Nowa Ziemia – słońce nocą

Wyjątkowym rodzajem arktycznego mirażu jest zjawisko zwane Efektem Nowej Ziemi: szczególnie tajemnicze, spektakularne i rzadkie. Tym bardziej wyjątkowe, że po raz pierwszy zaobserwowano je podczas tragicznej próby zdobycia przez Holendrów Przejścia Północno-Wschodniego. Informacja o tym zjawisku przetrwała dzięki dziennikowi prowadzonemu przez kronikarza wyprawy – Gerrita de Veera. A sama wyprawa zasłynęła odkryciem Spitsbergenu i Wyspy Niedźwiedziej. Sternikiem i nawigatorem był słynny Willem Barents, który zresztą przypłacił wyprawę życiem. Statek został zmiażdżony przez lód, żeglarze uwięzieni, Barents zmarł na szkorbut w czerwcu 1597 roku w pobliżu Nowej Ziemi. Pozostali przy życiu członkowie załogi wydostali się z lodowej pułapki w szalupach. 

Ciemność, ciemność panuje wokół nas, przerażająca ciemność. Znikąd nadziei na światło dzienne" pisał de Veer. I w tej ciemności, 24 stycznia 1597 roku, wydarzył się „cud”. Na dwa tygodnie przed przewidywanym nieśmiałym powrotem Słońca po nocy polarnej, uwięzieni, wycieńczeni żeglarze dostrzegli jasne, silne światło słoneczne. Początkowo podejrzewali halucynacje lub błąd w obliczeniach czasu – ale światło pojawiło się ponownie. Po ich powrocie świadectwo żeglarzy poddawano w wątpliwość. Kolejny słynny polarny podróżnik ponad trzy wieki później również doświadczył tego zjawiska. Tym razem na południowych krańcach Ziemi. Nie kto inny jak słynny Ernest Shackleton podczas ostatniej ekspedycji na Antarktydę w latach 1914-1917 zobaczył słońce siedem dni po tym, jak znajdowało się pod horyzontem, a potem dwa miesiące później ponownie, na pięć dni przed planowanym pierwszym wschodem. Ale dopiero w 1956 roku, pięć lat po kolejnej obserwacji efektu z Antarktydy, udowodniono, że to istotnie zjawisko fizyczne.

Efekt Nowej Ziemi to pozorne pojawienie się słońca podczas nocy polarnej. Jest wynikiem powstania swoistego kanału optycznego w niższej warstwie atmosfery. Jak większość miraży, wynika ze znaczących gradientów temperatury powietrza nad powierzchnią lodu.  Gdy mamy do czynienia z silną inwersją temperatury – zimniejsze powietrze znajdujące się poniżej stosunkowo cieplej warstwy – mamy warunki dla obserwacji efektu Nowej Ziemi. Warstwa inwersyjna musi jednak mieć grubość co najmniej 400 km, co rzadko się zdarza, stąd zjawisko zaobserwowano i odnotowano jedynie kilkukrotnie. Światło „wychwytywane” jest pod termokliną i jest widoczne, choć dla obserwatora Słońce znajduje się pod linią horyzontu.

Biblia i bliskie spotkania trzeciego stopnia

Zjawiska fizyczne niezrozumiane przez naszych przodków, potężne i z ich punktu widzenia wytłumaczalne jedynie mocami nadprzyrodzonymi, pięknie i emocjonalnie opisane, to najprawdopodobniej bohaterowie wielu tajemniczych i przejmujących scen w Biblii. Jeden z najsłynniejszych starotestamentowych proroków – Ezechiel – opisuje niezwykłe zjawiska na niebie, których był świadkiem:

„(…)Tak wygląda tęcza, która pojawia się na obłoku, gdy pada deszcz, tak wyglądał wokoło blask tego, co pojawiło się jako chwała Pana; gdy ją ujrzałem, upadłem na twarz. I słyszałem głos tego, który przemówił.(...)” - pisze Ezechiel, wg naukowców prawdopodobnie opisując…kolejny zwodniczy miraż, zwany parhelionem lub słońcem pobocznym, czyli złudzenie występowania więcej niż jednego Słońca na nieboskłonie. To jasne plamy światła pojawiające się obok Słońca, widoczne około 22 stopni na lewo i na prawo od Słońca oraz na tej samej wysokości nad horyzontem, co Słońce.

To, co widzimy, jest odbiciem Słońca w kryształach lodu w chmurach. Słońca poboczne pojawiają się najczęściej, gdy temperatury są bardzo niskie i w atmosferze występują kryształy lodu. Jednak zjawisko to nie jest zarezerwowane wyłącznie dla regionów polarnych. Może wystąpić wszędzie, gdzie pojawiają się chmury pierzaste (typu cirrus).

Zwolennicy teorii aktywnej obecności istot pozaziemskich na Ziemi w czasach starożytnych – ten i inne barwne opisy Ezechiela traktują jako świadectwo spotkania ze statkiem kosmicznym. Jeszcze dziś wiele zjawisk na naszym niebie interpretowanych jest w taki sposób. Szczególnie często taka interpretacja dotyczy słupów świetlnych. Zjawisko to jest tak rzadko spotykane w regionach innych niż Arktyka, że w przeszłości było zgłaszane jako niezbity dowód na spotkania z UFO – i rzeczywiście robi niesamowite wrażenie. Słupy świetlne obserwujemy jako jasne filary, wyglądające jak kolumny światła skierowane do nieba lub z nieba w kierunku powierzchni Ziemi. To oczywiście po prostu zjawisko optyczne, które zachodzi, gdy naturalne lub sztuczne światło (Słońce, Księżyc, a nawet latarnie uliczne) jest załamywane przez kryształki lodu. Czasami, w bardzo zimne dni, płaskie kryształki lodu (tzw. „pył diamentowy”) zwykle obecne tylko w wysokich chmurach, unoszą się w powietrzu blisko powierzchni Ziemi a ich poziome ścianki odbijają światło w dół, zapewniając obserwatorom niesamowite widowisko.

Dobrze rozumieć polarne – i nie tylko – złudzenia optyczne, co nie znaczy, że powinno nam to odebrać zachwyt nad ich tajemniczym i trochę niesamowitym pięknem.

 

Udostępnij