Luftspiegelungen unter Wasser?

Vorbehalt: Ich versuche, die Frage zu beantworten, "welche Bedingungen erforderlich wären". Ich behaupte nicht, dass dies in der Praxis vorkommt, obwohl thermische Inversionsschichten sehr real sind und die akustische Fehlanpassung an der Grenze ausreichen kann, um ein U-Boot vor dem Sonar zu "verstecken" (das akustische Äquivalent einer Fata Morgana).

Thermische Inversionsschichten treten unter Wasser auf und führen zu einer (kleinen) Fehlanpassung der Dichte und einer noch geringeren Fehlanpassung des Brechungsindex; im Prinzip würden diese Reflexionen zulassen. Das Wasser muss sehr ruhig sein - Sie brauchen eine schöne flache Oberfläche, und Strömungen oder Turbulenzen stören es und verhindern das Auftreten einer "guten" Reflexion.

Ob Sie eine Reflexion sehen, hängt natürlich auch von der Änderung des Brechungsindex an der Grenzfläche ab. Dies steht in direktem Zusammenhang mit der Dichteänderung.

Die Dichte von Wasser ändert sich geringfügig mit der Temperatur: Laut diesem Link verhält es sich wie folgt:

was eine Dichteänderung von etwa 0,2 % bei einer Temperaturänderung von 20 °C zeigt. Der Brechungsindex ändert sich um noch weniger. Gemäß Tabelle 1 in diesem Dokument ändert sich der Brechungsindex nur um 0,1 % bei einer Temperaturverschiebung von 20 Grad:

Das ist eine ziemlich kleine Änderung des Brechungsindex - Sie müssen also genau im richtigen Winkel sehen, um eine Reflexion zu erhalten, und die Inversionsschicht müsste von Strömungen nicht gestört werden. Beachten Sie, dass eine Totalreflexion auftritt, wenn Sie von einem höheren zu einem niedrigeren Brechungsindex wechseln. Dies bedeutet, dass Sie den Effekt eher sehen, wenn Sie sich im kälteren Wasser befinden und auf das wärmere Wasser schauen (bei einem ausreichend flüchtigen Einfallswinkel).

Obwohl es theoretisch möglich ist, würde ich sagen, dass es äußerst unwahrscheinlich ist, dass Sie dies "in freier Wildbahn" beobachten können. Es könnte möglich sein, das Experiment unter sorgfältig kontrollierten Laborbedingungen aufzubauen.

Ich habe unter https://en.m.wikipedia.org/wiki/Thermocline einen Hinweis auf eine beobachtete "Unterwasserspiegelung" gefunden

Beim Gerätetauchen kann manchmal zwischen zwei Gewässern eine Sprungschicht beobachtet werden, bei der die Wassertemperatur ziemlich plötzlich um einige Grad Celsius abfällt, beispielsweise wenn kälteres aufsteigendes Wasser in eine Oberflächenschicht aus wärmerem Wasser fließt. Es verleiht dem Wasser das Aussehen von zerknittertem Glas, das oft verwendet wird, um Badezimmerfenster zu verdecken, und wird durch den veränderten Brechungsindex der Kalt- oder Warmwassersäule verursacht. Dieselben Schlieren können beobachtet werden, wenn heiße Luft auf Flughäfen oder Wüstenstraßen vom Asphalt aufsteigt und die Ursache für Luftspiegelungen ist.

Luftspiegelungen treten unter Wasser auf, aber ihre offensichtlichsten Inkarnationen basieren eher auf Geräuschen als auf Licht. Der häufigste Fall ist, dass das Oberflächenwasser wärmer und weniger dicht ist als das tiefere Wasser, genauso wie die Luft an der Oberfläche der Wüste wärmer und weniger dicht ist als die Luft in größeren Höhen. Unter Wasser beugt dies Schall, der parallel zur Oberfläche wandert, nach unten, genauso wie Luftspiegelungen Licht nach oben beugen.

U-Boote, die passives oder aktives Sonar verwenden, müssen mit diesen Sprungschichtgradienten fertig werden , die Schallwellen biegen und sogar reflektieren. Andere U-Boote können sich unter Sprungschichten verstecken , da die vom U-Boot nach oben emittierten Geräusche durch den Übergang in wärmeres, weniger dichtes Wasser wieder nach unten gebogen werden.

Ich glaube, dass Sie aufgrund derselben Sprungschichten unter Wasser leichte Luftspiegelungen haben könnten, aber ich vermute, dass sie große Entfernungen umfassen müssten und daher nur in extrem klarem Wasser wahrnehmbar wären.