Luftspiegelungen

Luftspiegelungen entstehen, wenn Licht an der Grenze zwischen Warmluft und Kaltluft scheinbar total reflektiert wird und dadurch für einen Beobachter Objekte an Stellen erscheinen, an denen sie sich in Wirklichkeit nicht befinden. Diese Erscheinung ist im Sommer häufig über Asphaltstraßen zu beobachten (Bild 1): Ein Teil der Straße scheint mit Wasser bedeckt zu sein. Tatsächlich ist es aber nichts anderes als das vom Himmel kommende Licht, das unmittelbar über der Straße umgelenkt wird.

Physikalische Grundlagen
Licht breitet sich in einem Stoff konstanter Temperatur oder konstanter Dichte geradlinig aus. Das gilt auch für die Luft. Ändert sich jedoch die Temperatur und damit die Dichte, so ändert sich auch die Lichtgeschwindigkeit in Luft. Luft unterschiedlicher Dichte hat damit auch eine unterschiedliche optische Dichte. Allgemein gilt:

Je höher bei bestimmtem Druck die Lufttemperatur ist, desto kleiner ist die Dichte und desto größer ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht.

Dieser Effekt ist meist sehr klein und vernachlässigbar. Er spielt dann eine Rolle, wenn die Dichteunterschiede relativ groß sind, z.B. an der Grenzfläche zwischen einer Schicht aus Kaltluft und aus Warmluft (Bild 2). Das Licht kann dann regelrecht umgelenkt werden. Man hat den Eindruck, dass es scheinbar an der Grenzschicht total reflektiert wird. Deshalb spricht man auch vereinfacht von der Spiegelung des Lichts an einer Grenzschicht zwischen kalter und warmer Luft.
Für die optische Wahrnehmung ist auch noch wichtig: Man sieht ein Objekt immer an der Stelle, von der das Licht herzukommen scheint.

Spiegelungen nach unten
Spiegelungen nach unten treten besonders häufig in Wüsten auf. Sie lassen sich bei uns aber auch über Asphaltstraßen beobachten (Bilder 1 und 3), wenn man unter einem kleinen Winkel auf die Straße blickt.
Die heiße Luftschicht, die sich über einer Sandschicht in der Wüste oder über einer Asphaltstraße bei starker Sonneneinstrahlung bildet, wirkt wie ein Spiegel. Wird nicht irgend ein bestimmtes Objekt, sondern der Himmel gespiegelt, so kann das Vorhandensein einer ausgedehnten Wasserfläche vorgetäuscht werden. Eine solche Erscheinung wird auch als Fata Morgana bezeichnet.
Unter speziellen Bedingungen können Objekte auch mehrfach gespiegelt werden. Das kann man manchmal über dem Wattenmeer bei Ebbe beobachten, wenn eine sehr dünne Wasserschicht durch die Sonneneinstrahlung erwärmt wird und ihrerseits die darüber liegende Luftschicht erwärmt.

Spiegelungen nach oben
Spiegelungen nach oben sind vor allem über dem Meer, manchmal auch im Gebirge zu beobachten. Voraussetzung dafür ist die Existenz einer Grenzschicht zwischen Kaltluft unten und Warmluft oben (Bild 4) sowie ein kleiner Winkel zwischen der betreffenden Schicht und dem Beobachter. Objekte scheinen dann am Himmel zu sein. Sie stehen darüber hinaus auf dem Kopf. Das wird insbesondere dann deutlich, wenn man neben dem Spiegelbild des Objektes gleichzeitig auch noch das Objekt direkt sieht.