Dunapart (Fotó: Kriska Ferenc)
A természetben leggyakrabban szóródás, vagy tükröződés útján keletkezik részlegesen lineárisan poláros fény, a víz alatti világ fényviszonyaira pedig mind a fénytörés, mind pedig a fényszórás hat. Egy természetes vízfelszínre eső polarizálatlan fénysugár részben megtörik, és belép a vízbe, részben pedig visszaverődik. Mindkét folyamat során a fény részlegesen lineárisan polárossá válik a beesési szögtől függő mértékben. A felületről visszaverődő fénysugár polarizációiránya a felülettel párhuzamos, míg a megtörő és a vízbe lépő fénysugáré a felületre merőleges lesz. Polarizációs szempontból kitüntetett szerepe van annak a beesési szögnek, amelynél a megtört és a visszavert fénysugár egymással derékszöget zár be, mivel ekkor a visszavert fény polarizációfoka d = 100 %. E beesési szöget Brewster-szögnek hívjuk, értéke a víz-levegő határátmenet esetén 53,5° a függőlegestől mérve.
A vízfelszín felől érkező fény eredő polarizációs sajátságait a felszínről közvetlenül visszaverődő, vízszintesen poláros fénynyaláb és a vízfelszín alól visszaszóródó, a felszíni fénytörés következtében függőlegesen polárossá váló fénynyaláb intenzitásának aránya szabja meg. Mély, sötét vizeknél az utóbbi komponens elnyelődik, így mindig vízszintes lesz az észlelt polarizációirány
A vízbe belépő fény szóródik a vízmolekulákon és a vízben lebegő részecskéken, valamint visszaverődik a fenékről, és így egy része visszatér a felszínre. A vízfelületen való áthaladás közben függőlegesen poláros lesz. A felszínt kívülről szemlélő megfigyelő tehát egyszerre látja a visszavert, vízszintesen polarizált, és a felszín alól érkező, függőlegesen polarizált fényt. Az érzékelt polarizációfokot és polarizációirányt a két, egymással ellentétes irányú komponens szuperpozíciója adja.
Délibábok polarizációja
Mindenki által jól ismert jelenség a forró napokon az aszfaltutak felett kialakuló légtükrözés, népies nevén délibáb. Délibáb persze nemcsak a közutakon keletkezhet, hanem minden olyan természetes, sík területen, amely kellően nagy kiterjedésű, megfelelően lapos, és napsütésben jelentősen felforrósodik. A fényesen csillogó délibáb általában vízszintes felszínek felett jelenik meg, így az emberi látórendszer számára távoli vízfelületet utánoz. A forró levegő turbulens áramlásai miatti kaotikus törésmutató-ingadozás a délibábkép jellegzetes vibrációját eredményezi, ami tovább fokozza a vízfelszínnel való hasonlóságot, hullámzás képzetét keltve. Csak a délibáb felé haladtunkban vesszük észre, hogy valójában nem is vízfelületről van szó, hanem egy optikai csalódás áldozatai vagyunk.
A légköroptikában alsó délibábtükrözésnek nevezett jelenség kialakulásához az szükséges, hogy a léghőmérséklet kellően gyorsan (kvázi-exponenciálisan) csökkenjen a földfelszín feletti magassággal. Ekkor, mivel magasabb hőmérsékleten kisebb a levegő törésmutatója, a talajtól számított magasság növekedtével a törésmutató nő, ami azt eredményezi, hogy a talajjal közel párhuzamosan lefelé haladó fénysugarak folytonos töréssel a megfigyelő szemébe verődnek vissza. Egy délibábtünemény persze általában nem kerül az ember életébe, nem számítva a ponyvaregények sivatagban bolyongó, vizet kereső hőseit.
Más a helyzet azonban a vízirovarokkal. Számukra létfontosságú feladat megkülönböztetni a valódi vízfelszíneket azok optikai utánzatától, mert ha vízi életterük kiszáradását követően egy órai repülés alatt sem találnak vizet, akkor menthetetlenül elpusztulnak. E rovarok számára evolúciósan megbízhatónak bizonyult a vízfelszínről tükröződő vízszintesen poláros fény alapján történő vízdetektálási stratégia. Biológiai kísérletek bizonyítják, hogy a vízirovarok valójában nem a fény intenzitása, illetve spektrális eloszlása segítségével keresik meg a számukra életfontosságú vizet, tehát nem fototaxis útján, hanem polarotaxissal, azaz a visszaverődő, vízszintes fénypolarizáció alapján.
(A) Egy polarizálatlanul beeső fénysugár a vízfelszínről történő visszaverődés után részlegesen vízszintesen polárossá válik. (B) A délibáb kialakulása forró talaj felett, ahol a magassággal exponenciálisan csökken a hőmérséklet, és ezáltal a törésmutató meredeken nő felfelé haladva. A forró földfelszín felé lapos szögben induló fénysugarak ilyen törésmutatógradiens esetén folytonos törések következtében a megfigyelő szeme felfelé hajlanak vissza. E folyamatos törés során nem változnak meg a fény polarizációs tulajdonságai. Az ellipszis és a körök a polarizációs ellipsziseket, a nyilak pedig a polarizációrányt szimbolizálják
A délibáb nem valódi fénytükröződés következtében jön létre, hanem a fény fokozatos törésének köszönhetően. Ez a megfigyelőben pontosan olyan vizuális érzetet kelt, mint a fényvisszaverődés. Ilyen folytonos törést szenvedő fénysugár esetén nem változik a polarizáció, tehát például polarizálatlan beeső fény polarizálatlan marad.
Mivel a vízirovarok a vizet polarotaxissal, azaz a visszavert fény vízszintes polarizációja alapján keresik meg, ezért az ő fénypolarizáció-érzékeny látórendszerüket nem tévesztheti meg a vízhez hasonlóan csillogó fényes délibáb. Egy kivételt jelenthet az a ritka eset, amikor az égboltról eredő, vízszintesen poláros fény tükröződik a délibáb által. Ez vagy akkor fordul elő, amikor a Nap éppen a zeniten van, vagy pedig mikor a szoláris, illetve antiszoláris meridián irányából érkezik az égboltfény és annak délibábja a megfigyelőhöz.
Forrás