Naturerscheinungen zur Brechung und Totalreflexion
Lichtbrechung in der Atmosphäre Unsere Lufthülle ist in hohen Schichten optisch dünner als in den erdnahen Schichten. Daher kommt es - ähnlich wie beim Modellversuch mit Wasser - zur "Biegung" des von einem Stern ausgehenden Lichtes. Ein Beobachter auf der Erde vermutet den Stern (Rückwärtsverlängerung des eintreffenden Strahls) in einer größeren Höhe.
Lichtbrechung in der Atmosphäre Auch die ovale Form der Sonne ist auf die Brechung in den Luftschichten zurückzuführen. Die Lichtstrahlen, die vom "unteren" Teil der Sonne kommen, haben einen größeren Einfallswinkel auf die Luft-schichten als die Strahlen, die vom "oberen" Teil der Sonne zu uns kommen. Der untere Teil der Sonne wird daher "stärker angehoben" und es entsteht der Eindruck einer Abplattung der Sonne.
Lichtbrechung in der Atmosphäre Die folgenden Skizze verdeutlicht dies schematisch. Strahl 1 fällt flacher auf die Grenzfläche und wird somit stärker gebrochen als Strahl 2.
Fatamorgana Bei der Fata Morgana, befindet sich über der Erdoberfläche eine sehr kalte Luftschicht, dies ist des öfteren bei kalten Meeren der Fall. Ein vom Schiff ausgehender Lichtstrahl kann an der Grenze zur wärmeren Luft total reflektiert werden. Der Beobachter nimmt somit ein auf dem Kopf stehendes Spiegelbild des Schiffs, das sich scheinbar weit über der Erdoberfläche, also weit über dem Horizont befindet, wahr.
Fatamorgana Bei starker Sonneneinstrahlung kann es sein, dass über dem Boden eine heiße Luftschicht entsteht. Licht, das aus der darüber liegenden kälteren Luftschicht kommt wird dann - wenn es unter einem großen Winkel auf die Grenzschicht trifft - total reflektiert. Du hast sicher schon beobachtet, dass an heißen Tagen in der Ferne auf einer Teerstraße Wasser-pfützen zu stehen scheinen. In Wirklichkeit siehst du nur den an der Grenzschicht von heißer und kälterer Luft gespiegelten Himmel.