Kangastus

Kangastus on valon taittumisesta ilmakehän erilämpöisissä kerroksissa aiheutuva ilmiö, joka saa kaukaiset kohteet näkymään muualla kuin ne todellisuudessa ovat. Valon taittuminen aiheuttaa vaikutelman esimerkiksi autiomaassa olevasta järvestä, asfaltilla olevasta vesilammikosta tai merellä horisontin yläpuolella leijuvasta saaresta tai kaupungista.

Fata Morgana -kangastus Kiuruvedellä joulukuussa 2004.

Toisin kuin hallusinaatio, kangastus on todellinen optinen ilmiö, joka voidaan valokuvata, sillä valonsäteet todella taittuvat niin, että ne muodostavat kaukaisista kohteista havaittavissa olevia optisia kuvia. Miltä kuva katsojan mielestä näyttää, riippuu kuitenkin myös siitä, miten ihmismieli subjektiivisesti havainnon tulkitsee. Esimerkiksi maassa näkyvät taivaan sinen heijastuskuvat tulkitaan herkästi veden pinnaksi.

Kangastukset jaetaan alapuolisiin ja yläpuolisiin kangastuksiin. Yläpuolisen kangastuksen erikoislaji on Fata Morgana, joka muodostuu useista toistensa yläpuolella olevasta saman kohteen kuvasta, jotka yhdessä muodostavat nopeasti muuttuvan kangastuksen.

Synty

Kangastuksen synty. Vasemmalla yläpuolinen kangastus, oikealla alapuolinen.

Maanpinnan lähellä ilmassa on erilämpöisiä kerroksia, jotka toimivat kuten linssit ja peilit. Kylmä ilma on tiheämpää kuin lämmin, ja sen vuoksi sillä on suurempi taitekerroin. Tämä taitekertoimen vaihtelu eri tiheyksisissä kerroksissa aiheuttaa valon taittumista ja heijastumista. Kun valo taittuu Snellin lain mukaisesti kohti tiheämpää ja kylmempää ilmaa ja heijastuu kerrosten rajapinnoilta, syntyy kangastus.

Alapuolinen kangastus

Järveltä näyttävä alapuolinen kangastus Mojaven aavikolla.

Vesilätäköiltä näyttäviä kangastuksia kuumalla maantiellä.

Alapuolinen kangastus syntyy, kun kylmän kerroksen alapuolella on lämmin kerros, eli kun maa tai meri on ilmaa lämpimämpi. Tällöin maa lämmittää läheisyydessään olevaa alinta ilmakerrosta. Valon saapuessa tähän lämmenneeseen kerrokseen tapahtuu kokonaisheijastus, jolloin tämä kerros toimii peilin tavoin ja heijastaa kohteen kuvan ylöspäin.

Ehkä tunnetuimmat alapuoliset kangastukset esiintyvät tasaisilla hiekka-aavikoilla, mutta aurinkoisella säällä ne ovat muuallakin yleisiä asfaltoiduilla maanteillä. Sekä hiekka että asfaltti kuumenevat tehokkaasti auringon paisteessa, jolloin maan tai tien pinnan lämpötila voi olla jopa 10 astetta korkeampi kuin ilman lämpötila metrin korkeudessa, mikä riittää saamaan aikaan kangastuksen.

Autiomaassa tämä heijastuskuva näyttää usein kaukaiselta järveltä tai lammikolta. Todellisuudessa kyseessä on taivaan sinen tai jonkin kaukaisen ja sen vuoksi sinertävältä näyttävän kohteen heijastuskuva. Samasta syystä maanteillä näyttää auringon paisteessa usein siltä kuin edessä olisi vesilätäköitä. Samaan tapaan myös maantien kuuma asfaltti voi kuumentaa heti yllään olevaa ilmaa, jolloin siihen taivaalta tuleva valonsäde heijastuu tien pinnasta poispäin ja näyttää katsojan silmässä kimmeltävältä vedenpinnalta. Tällaiset kangastukset näkyvät selkeimmin, kun silmä on lähellä maan pintaa, jolloin valon taittuminen on tehokkainta. Tällaiset tiellä näkyvät kangastukset häviävät näkyvistä tai siirtyvät kauemmaksi, kun niitä lähestytään.

Merellä alapuolisena kangastuksena voi näkyä saari horisontin alapuolella, joskus yhtä aikaa todellisen saaren kanssa, joka näyttäisi leijuvan ilmassa. Tällaisia kangastuksia merellä esiintyy etenkin syksyllä ja talven alussa, kun meri on yllä olevaa ilmaa lämpimämpi.

Alapuoliset kangastukset eivät yleensä näy kovin kauan. Kuuma ilma kohoaa vähitellen, ja kylmä ilma laskeutuu, jolloin lämpötilaerot tasaantuvat, mikä voi aiheuttaa turbulenssia. Tällöin kangastuskuva muuttaa muotoaan: se voi värähdellä taikka venyä vaaka- tai pystysuorassa suunnassa. Jos ilmassa on useita erilämpöisiä kerroksia, eri kangastukset voivat yhdistyä ja saada kohteen näkymään kahtena. Alapuoliset kangastukset harvoin ovat näennäiseltä kooltaan yhtä astetta eli suunnilleen auringon tai kuun näennäistä läpimittaa suurempia, ja kohteet, joiden kuvina ne syntyvät, ovat enintään muutaman kilometrin päässä.

Yläpuolinen kangastus

Yläpuolinen kangastus, jonka seurauksena Tallinnan valot näkyvät Helsinkiin.

Yläpuolinen kangastus syntyy, kun lämmin ilmakerros on kylmän kerroksen yläpuolella. Tällainen lämpötilainversio on kuitenkin melko harvinainen ilmiö, sillä tavallisesti ilma on ylempänä kylmempää kuin alempana.

Lämpötilainversion vaikutuksesta yläpuolinen lämmin ilma toimii peilin tavoin ja saa kaukaiset kohteet näyttämään leijuvan taivaanrannan yläpuolella. Yläpuoliset kangastukset ovat harvinaisempia kuin alapuoliset, mutta kun niitä esiintyy, ne pysyvät kauemmin näkyvissä, koska lämpimällä ilmalla on taipumus kohota ja kylmällä laskeutua.

Tavallisimmin yläpuolisia kangastuksia näkyy napaseuduilla, varsinkin laajoilla jäätiköillä, joilla on tasainen, alhainen lämpötila. Lämpimämmänkin ilmaston alueilla niitä esiintyy, mutta siellä ne ovat yleensä heikompia ja lyhytaikaisempia. Esimerkiksi kaukainen rantaviiva voi näyttää olevan korkeammalla ja samalla mahdollisesti lähempänä kuin se on. Turbulenssin vuoksi samasta kohteesta saattaa myös näkyä useampia tanssivia kuvia päällekkäin. Tällaisesta kangastuksesta käytetään nimitystä Fata Morgana.

Todellisen kohteen etäisyydestä ja lämpötilan gradientista riippuen yläpuolinen kangastus voi olla oikein päin tai ylösalaisin. Usein se näyttää kohteen ylä- ja alaosien vääristyneeltä sekoitukselta.

Yläpuolisen kangastuksen ansiosta horisontin alapuolella oleva kohde voi tulla näkyviin. Tällainen kangastus voi esimerkiksi nostaa Tallinnan tai Tukholman rakennukset näkyviin Suomen rannikolla, josta niihin ei muutoin ole suoraa näköyhteyttä. Jos merenpinnan ja suoraan sen yläpuolella olevan ilmamassan lämpötila on esimerkiksi 15 astetta, ja muutaman kymmenen metrin korkeudessa ilman lämpötila nousee äkisti 25 asteeseen, syntyy niin sanottu lämpötilan harppauskerros. Näin voi tapahtua kesällä, kun kylmälle merelle virtaava lämmin ilma nousee ylöspäin. Jos merenpinnan ja harppauskerroksessa olevan ilman lämpötilaero on riittävän suuri, harppauskerros heijastaa valonsäteet takaisin alaspäin. Tavallisimmin tällaisia kangastuksia näkyy keväällä ja alkukesällä, jolloin meri on kylmempi kuin sen yläpuolella oleva ilma.

Fata Morgana

Fata Morgana on kangastus, jossa kaukaiset saaret näyttävät horisontissa siintävältä, muotoaan nopeasti muuttavalta utopiakaupungilta.

Nimitys johtuu kuningas Arthurin tarustossa esiintyvästä noidasta, Morgan le Faystä, jonka nimi tarujen italian­kielisissä versioissa esiintyy muodossa Fata Morgana. Alun perin nimitystä on käytetty Reggion, Napolin ja Sisilian rannikolla, etenkin Messinan­salmessa näkyvistä kangastuksista.

Fata Morgana -tyyppisiä kangastuksia esiintyy kaikkialla maailmassa, mutta yleisimpiä ne ovat napa­seuduilla, varsinkin laajoilla jäätiköillä. Siellä niitä näkyy varsinkin hyvin kylmällä säällä, kun taas lämpimämmissä ilmasto­vyöhykkeissä merellä ja järvillä niitä esiintyy kuumina päivinä. Fata Morganan syntyminen edellyttää, että lämpötilainversion on oltava niin suuri, että siitä aiheutuva valonsäteiden kaareutuminen on suurempi kuin maan pinnan kaarevuus.

Ilmiön on väitetty aiheuttaneen Titanicin uppoamisen.^{lähde tarkemmin?}

Kirjallisuutta

• Angervo, J.M.: Sääopin perusteet, 1948.
• Minnaert,M.: Maiseman valot ja värit, URSA, 1987

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Kangastus Wikimedia Commonsissa