Durante los días cálidos se pueden ver en las carreteras una imagen de un charco de agua, pero al llegar al lugar no se encuentra ni una gota. Un fenómeno similiar se puede observar en los desiertos. Este hecho ha dado paso a ideas populares sobre visiones de oasis inexistentes y alucinaciones varias.
Sin embargo, los espejismos son más exactamente ilusiones ópticas en las que se cree ver una laguna a cierta distancia del observador. Ocurren cuando la luz es refractada, o sea desviada, cuando pasan a través de capas de aire de diferente densidad o temperatura.
Podemos observar como la luz cambia de dirección entre dos medios transparentes de diferente densidad. Por ejemplo, si se introduce un lápiz en un vaso de agua, desde ciertos ángulos parecerá que el lápiz está quebrado. Las lentes pueden funcionar gracias a este efecto.
En el caso de los espejismos, cuando la superficie de la Tierra se calienta, también aumenta la temperatura del aire que se encuentra inmediatamente sobre él. El aire es un mal conductor de calor, por lo que la temperatura tardará en transmitirse desde las zonas bajas a las superiores. Esto producirá varias capas de aire de diferente temperatura.
Cuando la luz del Sol incide sobre un objeto lejano es reflejada en todas direcciones. Una parte se dirige a nuestros ojos, por lo que podemos ver el objeto. Otra parte se dirige hacia el terreno entre nosotros y el objeto. Si esta luz es desviada hacia nosotros por capas de aire de diferente densidad observaremos una imagen invertida del objeto. Como uno está habituado al reflejo de los objetos sobre los líquidos se creará entonces la ilusión de un espacio de agua
Otro tipo de espejismos se forman a causa de varias capas de aire de diferente densidad a cierta altura. Estas capas distorsionan y amplifican los objetos lejanos, haciéndolos aparecer más grandes y cercanos. Por ejemplo, una casa puede parecer más alta hasta semejar un castillo. Estos espejismo son llamados en algunos sitios como Hada Morgana, por la hechicera legendaria de las leyendas del rey Arturo. Son muy conocidos los que se observan en el estrecho de Mesina, entre Italia y Sicilia, donde este fenómeno amplifica los árboles y las construcciones de las costas opuestas.
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