Un sol froid, mer froide ou banquise par exemple, crée un gradient d'indice dirigé vers le bas : dans ce cas, les rayons lumineux sont courbés vers le bas, et on parle alors de mirages supérieurs, ou froids. Si le sol est plus froid que l'air qui est en contact avec lui, alors la température des couches aériennes croît rapidement avec la hauteur, et on voit non seulement au-dessus de l'objet son image, renversée ou non (dépendant des variations d'indice), mais le cercle visuel du spectateur est singulièrement agrandi. De nouveau, on croit que l'image de l'objet est au-dessus de sa position réelle parce que notre cerveau suppose que les rayons ont pris un chemin droit de l'objet à nos yeux.

 

Principe d'un mirage supérieur

 

Au cours d'observations d'objets situés à une grande distance, la courbure de la Terre et la courbure naturelle des rayons lumineux ont pour conséquences qu'au delà d'une certaine distance, la base s'un objet, une montagne ou une île par exemple, voire tout l'objet, est masquée par la courbure de la Terre. C'est alors que l'on parle d'apparition, lorsque l'objet réapparaît partiellement ou entièrement dans le ciel.

Mais lorsque la distance Observateur-Objet est moins importante, il se peut que son image soit perçue renversée. En effet, suivant la hauteur de l'objet et la distance OO, les rayons lumineux de la base de l'objet se courbent beaucoup plus que les rayons provenant du sommet de l'objet. Ainsi, la tangente du rayon lumineux de la base est au dessus de la tangente du rayon du sommet, comme l'illustre le schéma ci-dessous.

 

 

 

Schéma d'un mirage au cours duquel l'image de l'objet observé est renversée

En effet, le rayon > , traverse, de son point de départ à l'œil, beaucoup plus de couches d'indice différent que le rayon >> .

 

 

 

La hauteur de l'objet n'est donc pas un facteur négligeable lors de l'observation d'un mirage.

Mirage d'un bateau

dont l'image n'est que partielle mais renversée

 

Mirage supérieurs dans les îles de Finlande