Optikanähtused

Varjud

Üllatavat vaatepilti võib pakkuda lihtsalt mustvalge valguse ja varju muster. Visuaalselt on Päike üsna täpselt 0,5° nurkläbimõõduga ring. Kui asetada päikesekiirte teele ekraan, milles on pisike ava, tekib kaugemal olevale ekraanile ümmargune Päikese kujutis. Nii töötab camera obscura. Pargis puude varjus näeme maapinnal ümmargusi valguslaike - camera obscura põhimõttel tekkinud Päikese kujutisi, kus avaga ekraaniks on tihe lehestik ja väikesed lehtedevahelised augud, kust valgus läbi maapinnani jõuab. 11. augustil 1999, kui Kuu kattis kaks kolmandikku päikesekettast, ei olnud päikeselaigud pargipuude all tavapäraselt ümmargused, vaid hoopiski sirbikujulised.
Varjusid võib näha ka taevas. Rünkpilvede vahel märkame sageli heledamate kiirtevihkude ja tumedamate alade vaheldumist. Heledamad on need kohad, kust pilvede vahelt paistev Päike valgustab pilvede all olevat õhukihti, tumedamana paistavad varju jäävad kohad. See pilt on hästi vaadeldav vinese taeva korral.
Väga huvitavat vaatepilti võivad pakkuda varjud udul. Brockeni viirastusena tuntud optilist nähtust oli suurepärane võimalus vaadelda Haapsalu elanikel 22. jaanuari 1999 õhtul. Taevas oli näha lossi torni kujutis. See tekkis lossitorni valgustava prožektori valgustatud udus. Brockeni viirastuse tekkimiseks peab udu olema parasjagu hõre. Väga tihedas udus on valgustatud ala ja varju sügavus väike ning kuna udu on enamasti ka valgustava prožektori (või Päikese) ja varju heitva hoone või inimese või eseme vahel, siis ei saa kontrastset varju tekkida. Sobivalt hõredas udus on valgustatud ala ulatus piki valguskiiri suur. Olles prožektori poolt vaadates torni taga, on torni vari valgustatud udul hästi vaadeldav. Brockeni viirastus on nähtav üsna kitsas alas valgustavate kiirte ümber. Kui liikuda prožektori ja torni joonelt eemale, muutub torni vari kiiresti ähmaseks ja kaob varsti, sest siis vaatleme udus suurt sügavust omavat varju läbi kõrval oleva valgustatud udu. Oma nimetuse on niisugune "varjuteater" saanud Hartzi mägedes oleva Brockeni mäe järgi, millel alpinistid on sageli näinud tõusva või loojuva Päikese valguses mäge ümbritseval udul viirastuslikke varje liikumas - need olid nende endi varjud udul. Oma varju vaadates on vaatesuund alati valgustavate kiirtega paralleelne ja seetõttu on võimalik suurt sügavust omavat varju näha hästi kontrastsena.

Peegeldused

Klaassiledalt veelt peegeldub valgus samamoodi kui peeglilt. Tuulevaikusega näeme peegelsiledalt tiigi pinnalt vastaskalda peegelpilti - majade katused ja puude ladvad oleksid nagu allpool.  Kui vaatame sillalt pea kohal oleva taeva ja pilvede
peegeldust, siis see pilt ei ole enam sugugi nii loomutruu, sest vertikaalselt langevast valgusest peegeldub tagasi kõigest 3%,
ülejäänu tungib vette. Kui veekiht on õhuke, näeme läbi vee valgustatud põhja.  Kiirte langemisnurga kasvades kasvab ka vee
peegeldustegur, 80° all langenud valgusest peegeldub juba pool tagasi. Loojangueelse Päikese peegeldus siledalt järvepinnalt
tundub sama hele kui horisondilähedane Päike ise.
Laitmatult sile veepind on haruldane, vähimgi pinnavirvendus määrib Päikese peegelkujutise laiali. Veidi tugevama tuulega näeme veepinnal loojuva või tõusva Päikeseni viivat helkivat rada. Raja keskkoht on kõige heledam, mida kaugemale raja teljest, seda juhuslikumaks muutuvad heledad sähvatavad peegeldused. Ka on raja meiepoolne ots tumedam ja heledus kasvab kaugemal.  Kõige heledam on päikese raja see koht, kus näeksime Päikese peegeldust tuulevaikuse korral. Niisuguse raja tekkemehhanism on lihtne: päikesekiired peegelduvad vaatleja silma ainult lainetava veepinna sobiva orientatsiooniga kohtadelt, meile tumedana paistvailt veepinna kohtadelt peegeldub valgus mujale. Eriti madala Päikese ja veidi tugevama lainetuse korral on võimalik ka varjude teke veepinnal.
Looduses võime kohata peegeldusi mujalgi kui veekogudel. Vihmamärgadel raagus puuokstel paiknevad peegeldused ümber okste vahelt paistva Kuu või Päikese.
Peegeldused õhus hõljuvatelt jääkristallidelt tekitavad halo.
Tänapäeva tsiviliseeritud maailmas kohtame kõikvõimalikke peegeldusi tehisobjektidelt - majade akendelt, kasvuhoonete katustelt ja seintelt, läikima kulunud raudteerööbastelt ja elektriliinidelt. Mõnikord võime pimedas tähistaevas näha mõne sekundi vältel väga heledat tähte, mis edasisel jälgimisel osutub satelliidiks. Satelliidi päikesepatareidelt peegelduv "päikesejänes" liigub satelliidi
kiirusega maapinnal ja võib nii sattuda pimedas taevasse vaataja silma. Näiteks 300 km kõrgusel lendava satelliidi "päikesejänese"
läbimõõt on ligi 3 km. Nii suurele pinnale hajunud peegeldus ei tekita maapinnal märgatavat valgustatust, aga pimeda taeva taustal on see valgussähvatus muljetavaldav.
Sobivalt orienteeritud peegelpindu kasutab inimene rohkesti oma huvides kord valguse koondamiseks, kord hajutamiseks. Väga igapäevased näited kõverate peeglite abil valguse suunamisest on taskulamp ja autolatern - sobiva kujuga nõgus peegel suunab 
pirni hõõgniidilt tagasisuunas kiirgunud valguse enam-vähem paralleelse kimbuna ette. Legend räägib, et Archimedes süütas peeglitega päikesevalgust koondades 212. a. enne Kristust Sürakuusat piiravate roomlaste laevad. Sel viisil paljudelt peeglitelt Päikese kiirgusenergiat ühte kokku koondades annavad tänapäevased päikeseahjud ülikõrgeid temperatuure - kuni mitu
tuhat kraadi. Sevilla lähedal Hispaanias töötab sellel põhimõttel 11 MW võimsusega päikesejaam . Austraalias on kavandamisel 200 MW päikesejõujaam .
Siledalt peeglilt peegeldub valgus alati ainult peegelsuunas. Seades kolm peeglit üksteise suhtes 90° nurga alla, saame huvitava optilise seadme - tagasipeegeldaja. Tänu kahe- või kolmekordsele peegeldumisele suundub üsna suurest langemisnurkade vahemikust
saabunud valgus tagasi sinna, kust ta saabus. Niisugune tagasipeegeldaja viidi Kuu peale, et Kuule suunatud laserikiir peegelduks tagasi Maale. Nii sai võimalikuks väga täpne Kuu kauguse mõõtmine. Sama printsiipi kasutatakse pimedal ajal nii vajalikus helkuris - helkur peegeldab temale langenud autotulede valguse tagasi. Tänu sellele näeb autojuht helkuriga pimedas liikuvat inimest väga palju kaugemalt kui ilma helkurita tumedates riietes inimest.

Pühasära

Tagasipeegeldumine looduslikel objektidel tekitab pühasära ehk nimbuse. Kastesel rohul võime oma pea varju ümber näha heledat oreooli. See ei ole meie peast tulev hiilgus, sest kui teeme endast eemal oleva fotoaparaadiga pilti, siis on pühasära hoopiski ümber fotoaparaadi varju ja meie pea varju ümbert on pühasära kadunud. Lennukilt vaadates näeme oreooli ümber lennuki varju ja see on seal ka siis, kui kastet ei ole. Pühasära kastesel rohul ümber pea varju tekitavad kaks teineteist võimendavat efekti. Kui vaatame päikesekiirtega samas suunas, siis näeme ainult päikese käes olevaid rohuliblesid ja maapinda. Mida kaugemale kõrvale vaatame, seda rohkem hakkab paistma rohu sees olevaid varjusid, nii et üldmulje on tumedam. Just niisugune valguse ja varju suhte muutumine tekitab pühasära ümber lennuki varju kuiva rohumaa või metsa kohal. See on tuntud ka opositsiooniefektina.  Nimetus pärineb astronoomiast. Kui Kuu ja Päike on opositsioonis, siis näeme täiskuud ja täiskuu on palju heledam kui poolkuu, sellepärast et siis me ei näe Kuu pinnal varje.
Kastepiisad rohul võimendavad tagasipeegeldumist. Pindpinevusjõud hoiab väikesed kastepiisad enam-vähem kerakujulised.  Kerakujuline veetilk on kui lühikesefookuseline lääts, mis koondab temale langevad päikesekiired ühte punkti: läätse fookusesse.  Taimelehtede pinnal olevad väikesed karvad hoiavad kastetilgad lehe pinnast parasjagu eemale, nii et fokuseeritud kiired tekitavad lehele heleda täpi. Sellelt täpilt tilga (läätse) suunas tagasi hajunud valgus murtakse läätse poolt samasse suunda, kust ta saabus, just nagu vaataksime eredalt valgustatud täppi läbi luubi. Kuna kastepiisast lääts pole laitmatu ja lehepind ei pruugi asuda täpselt fookuses, siis ei haju valgus tagasi täpselt saabumissuunda, vaid hajub mingisse koonusesse ümber saabunud kiire. Mida lähemal saabuva kiire suunale, seda heledam on oreool. Kui vaadelda pühasära kordamööda ühe ja teise silmaga, siis võib hoolikal vaatlemisel märgata pühasära tsentri nihkumist avatud silma varju kohale.

Miraaž

Mõnikord näeme kaugeid objekte seal, kus nad ei tohiks kuidagi olla. See on optiline nähtus miraaž ehk terendus, mis on tuntud ka fatamorgaana nime all.
Kõige sagedamini on miraaže kirjeldatud kõrberahvaste muinasjuttudes ja meremeeste lugudes. Eeskätt seetõttu, et nendel tegevuspaikadel on üks ühine tunnus - näha võib kaugele. Ometi ainult sellest miraaži tekkimiseks ei piisa. Vaja on, et valgus jõuaks meieni ebaharilikust suunast. Valguse suunda võib muuta peegeldumine või murdumine. Kahe keskkonna piiril muudab valgus oma suunda, nii et tihedamas keskkonnas on valguskiir pinna normaalile lähemal kui hõredamas keskkonnas. Sama juhtub ka pidevalt muutuva tihedusega keskkonnas. Kui viltune valguskiir läbib erineva tihedusega õhukihte, kaldub ta tihedama õhu poole. Seda nähtust nimetatakse refraktsiooniks. Tavaliselt on õhk madalamal tihedam ja siis painduvad kiired maapinna suunas. Refraktsiooni tõttu näib horisondi lähedal olev täht või Päike kõrgemal kui ta tegelikult on. Mõnikord aga asub sooja maapinna või vee kohal õhuke sooja õhu kiht, mille tihedus on väiksem kui kõrgemates kihtides. Seda juhtub sageli just kõrbes, kus Päike kuumutab liiva, ja ka merel, kui külm õhk liigub sooja vee kohale. Siis paindub maapinna suhtes väikese nurga all saabunud kiir uuesti ülespoole, justnagu oleks ta maapinnalt peegeldunud. Sel juhul võib näida kaugel horisondi lähedal olev pilv hoopis allpool horisonti. Kauge silmapiiri korral jäävad vahetevahel valguse teele erineva tihedusega õhukihid, nii et mõnes kohas paindub kiir allapoole ja teises kohas ülespoole. Valguskiir liiguks nagu kahe peegli vahel, kus ta korduvalt peegeldudes jõuab mõnikord Maa kõveruse taha. Nii võivad merel ilmuda horisondile saared, mis kaarti ja laeva asukohta arvestades ei tohiks kohe kuidagi paista.
Miraaži saab näha ka kuuma päikesepaistega pika sirge asfalttee kohal. Kaugelt autolt peegeldunud valgus võib vaatajani jõuda mitut erinevat teed pidi, peegeldudes mitmeid kordi erineva tihedusega õhukihtidelt. Pole siis ime, et kauge auto näib hõljuvat tee kohal, olles tundmatuseni moondunud väljanägemisega. Kauge horisondi korral on mõnikord loojuv Päike sakiliste servadega või ka mitmeks korrapäratuks ribaks lagunenud nagu läbi lainelise klaasi vaadates. Ka võib juhtuda, et Päike ei vajugi horisondi alla, kustub hoopiski horisondist veidi kõrgemal.