سراب

چرا سراب پدید می‌آید؟

علت پیدایش سراب این است که در روزهای گرم، پرتوهای خورشید که به سطح زمین می‌رسند، آن را گرم می‌کنند. لایه‌های هوایی که نزدیک سطح زمین قرار دارند، نسبت به لایه‌های بالایی، گرمتر و در نتیجه رقیقتر می‌شوند.
حال پرتوهای خورشید برای رسیدن به سطح زمین باید از محیط غلیظ وارد محیط رقیق شوند، لذا پرتوهای شکست مربوط به آن‌ها از خط عمود دورتر می‌شوند. زمانی که پرتوهای تابشی خورشید به زاویه حد می‌رسند. دیگر وارد لایه رقیق نخواهند شد. در نتیجه بازتابش داخلی کلی رخ داده و این پرتوها به سمت بالا برمی گردند.
پرتوهای بازتابی ضمن برخورد با ذرات هوا، رنگ آبی را بیش از سایر رنگها پراکنده کرده و موجب می‌شوند، که ناظر رنگ آبی را روی سطح زمین ببیند؛ و تصور کند که آنجا برکه‌ای وجود دارد. به بیان ساده‌تر لایه هوا مانند آینه عمل کرده و آسمان را در خود منعکس می‌کند و آن را به شکل برکه آبی در برابردیدگان ما هویدا می‌سازد. در این هنگام است که با یک سراب روبرو می‌شویم. در زمین‌هایی که بطرف بالا شیب دارند، پرتوهای بازتابی بیشتری به ما می‌رسد و احتمال رویت سراب افزایش می‌یابد.
هنگامی که خورشید با حرارت بتابد به دلیل گرما میزان غلظت هوا در لایه‌های نزدیک به زمین تغییر می‌کند. در نتیجه شکست نور ایجاد می‌شود که این شکست طبقه‌ای است و در پایان به زاویه حد شکست (i c) می‌رسد و دوباره بر می‌گردد، در نتیجه تصویر مجازی آسمان بر اثر این جابجایی بر روی زمین تشکیل می‌شود که به علت تشابه رنگ آسمان و آب تصور می‌شود که آن پایین انعکاس آب است.

سراب در دریا

سراب در دریا نیزبصورت معکوس دیده می‌شود. البته این در جایی است که هوای مجاور آب، سرد بوده و در بالای آن نیز هوای گرمی قرار گرفته باشد، آنگاه کشتیهایی که از دور می‌آیند و در پشت افق پنهانند، به وسیلهٔ این هوای گرم طوری منعکس می‌شوند؛ که ما آن‌ها را در آسمان شناور می‌بینیم.
یکی از سرابهای معروف در جزیره سیسیل در تنگه مسینا رخ می‌دهد. در شرایط جوی مذ کور شهر مسینا در آسمان منعکس می‌شود و افرادی که در آب‌های تنگه مجاور کشتیرانی می‌کنند، این شهر را درهوا شناور می‌بینند. ایتالیاییها نام این سراب را فاتامورگانا گذاشته‌اند، زیرا گمان می‌کنند که جنی به نام مورگان آن را پدیدآورده است

سراب کیهانی

با وجود پیشرفت‌های زیادی در زمینه کیهان‌شناسی، معمایی که هنوز هم حل نشده، مقدار چگالی ماده موجود در جهان است. چون قسمت نامشخصی از ماده به صورت نامرئی است، امکان دستیابی به مقدار آن برای اخترشناسان تقریباً غیرممکن است؛ ولی اخیراً آن‌ها پدیده تازه‌ای کشف کرده‌اند که نوید روشن کردن بسیاری پرسشها را پیرامون مقدار تام ماده مرئی و نامرئی در کائنات و پراکندگی آن را در فضا به ما می‌دهد. این کشف عبارتست از پدیده سرابهای جاذبه‌ای.

سراب‌های گرانشی

«سرابهای جاذبه‌ای» زمانی حاصل می‌شوند که دو ستاره یا بیشتر که در فاصله‌های متفاوتی از زمین واقع شده‌اند، به صورت کامل با کره زمین روی یک خط قرار گیرند و بنظر برسد که در آسمان باهم برخورد کرده‌اند. روشنایی دورترین ستاره برای رسیدن به ما باید از میدان گرانشی نزدیکترین ستاره بگذرد و در این عبور منحرف می‌شود. این انحراف روشنایی یک تغییر شکل و حتی نوعی تکثیر تصویر از ستاره پدیدمی‌آورد

پیش‌بینی سراب جاذبه‌ای

آلبرت انیشتین در سال ۱۹۳۶ با استفاده از نسبیت عمومی نشان داد که اگر از دید ناظر رصدکننده، دو ستاره با کره زمین روی یک خط قرار گیرند، دورترین ستاره علاوه بر تصویر عادی خود که یک نقطه است، تصویر دیگری به شکل یک حلقه نورانی در اطراف آن نقطه روشن، پیدا خواهد کرد. این حلقه نورانی، نوعی سراب کیهانی و نوعی توهم بصری است زیرا در عالم حقیقت وجود ندارد. آلبرت انیشتین همخط شدن دو ستاره با زمین را امری بسیار غیر محتمل می‌دانست و این پدیده را فقط به صورت تئوری ارائه داده بود.

عدسی گرانشی

در پدیده سراب کیهانی، ستاره نزدیکتر که قوه جاذبه آن، روشنایی ستاره دورتر را منحرف می‌کند، «عدسی جاذبه‌ای» نامیده می‌شود. این ستاره مانند عدسی عینک، روشنایی ستاره را منحرف می‌کند تا سراب جاذبه‌ای را پدیدآورد. یک سال بعد از ارائه نظریه آلبرت انیشتین، «فریتز زوایکی» همان کسی که موضوع ماده نامرئی را مطرح کرد با قبول تئوری آلبرت انیشتین، به جای ستاره‌ها، کهکشانها و انبوه‌های کهکشانی را به عنوان عدسی گرانشی پیشنهاد کرد.

کشف سراب کیهانی

۴۲ سال بعد از ارائه این نظریات، در سال ۱۹۷۹ یک جفت کویزار اجسام ستاره مانند بسیار دور کشف شد که خیلی به هم نزدیک و شبیه بودند. فیزیکدانان بر این اعتقاد شدند که این شباهت حیرت‌انگیز حاصل تصادف نیست، یکی از این کویزارها می‌تواند سراب گرانشی کویزار دیگری باشد؛ ولی در این مورد می‌باید عدسی گرانشی آن را هم کشف می‌کردند.
پس از رصدهای دقیق، کهکشانی کشف شد که روی یکی از کویزارها قرار گرفته بود. بدین ترتیب نخستین سراب کیهانی کشف شد. در آنچه دیده می‌شد، یک کویزار بیش نبود، و کهکشانی که بین این کویزار و زمین به صورت هم خط واقع شده بود، به عنوان عدسی گرانشی عمل کرده و دومین کویزار را به صورت سراب پدیدآورده بود. پس از آن سرابهای دیگری نیز کشف شد. حتی حلقه‌های نورانی که آلبرت اینشتین پیش‌بینی کرده بود، در جهت انبوه‌های کهکشانی دیده شدند.

رابطه بین سراب کیهانی و ماده نامرئی

یک سراب کیهانی، حاصل و نتیجه تداخل عمل پیچیده میان روشنایی یک جسم نورانی سماوی ستاره، کویزار، کهکشان یا انبوه کهکشانها) و میدان گرانشی یک عدسی گرانشی است. میدان جاذبه به توده تمام ماده (مرئی یا نامرئی) و تقسیم پراکندگی فضایی آن در عدسی بستگی دارد. از طرف دیگر، مسیر روشنایی نیز تحت تأثیر میدان جاذبه گرانشی تمام مواد بین کهکشانی) مرئی یا نامرئی) است و تقسیم پراکندگی فضایی آن در عدسی بستگی دارد. از طرف دیگر، مسیر روشنایی نیز تحت تأثیر میدان جاذبه گرانشی تمام مواد بین کهکشانی (مرئی یا نامرئی) است که می‌تواند میان جسم نورانی و عدسی و میان عدسی و زمین وجود داشته باشد؛ بنابراین سرابهای کیهانی قادرند مارا نه تنها در مورد توده نامرئی در عدسیها، بلکه دربارهٔ فضای میان کهکشانی نیز آگاه سازند. لی یافتن سرابهای کیهانی کار آسانی نیست و مقدار سرابهایی که تاکنون یافته شده انگشت شمار است. این کمیابی دلیل آنست که فضای میان کهکشانی نمی‌تواند پر از سیاهچاله‌های یک تکه توده دار (حدود یک میلیارد برابر توده خورشید) باشد. زیرا این سیاهچاله‌ها عدسی‌های گرانشی بسیار خوبی هستند. فیزیکدانها امیدوارند با کشف سرابهای کیهانی، بیشتر اسرار توده نامرئی کائنات را آشکار کنند.