Comptes Rendus
no. S1
Novaya Zemlya effect and Fata Morgana. Raytracing in a spherically non-symmetric atmosphere
[L’effet Nouvelle-Zemble et les Fata Morgana. Tracé de rayons dans une atmosphère sans symétrie sphérique]
Siebren van der Werf1
1 University of Groningen (Retired), Groningen, Netherlands
Comptes Rendus. Physique, Volume 23 (2022) no. S1, pp. 365-389.

Le tracé de rayons dans une atmosphère non-symétrique est discuté et illustré par de nouvelles simulations numériques d’observations, historiques et mythiques, tel le phénomène de la Nouvelle-Zemble observé par le Hollandais en 1597 et rapporté par Nansen en 1894. Une interprétation nouvelle est donnée du monstre mythique halfstramb dans la mer du Groenland. Des documents photographiques récents, montrant des mirages de la surface de l’eau, sont analysés et leur simulation présentée. Les techniques de tracé de rayons sont revues et il est montré qu’une intégration numérique sur la distance est bien préférable à d’autres choix du paramètre d’intégration.

Raytracing in a non-symmetric atmosphere is discussed and illustrated by new simulations of both historical and mythical observations, such as the Novaya Zemlya phenomenon seen by the Dutch in 1597 and Nansen’s sighting of it in 1894. An alternative interpretation is given of the mythical hafstramb monster in the Greenland Sea. Recent photographic material that shows mirages of the water surface is analyzed and a simulation presented. Raytracing techniques are reviewed and it is shown that numerical integration by distance is much preferred over other choices of the integration parameter.

Reçu le :
Révisé le :
Accepté le :
Première publication :
Publié le :
DOI : 10.5802/crphys.102
Keywords: Raytracing, Simulations, Mirages, Novaya Zemlya phenomenon, Fata Morgana
Mot clés : Tracé de rayons, Simulations, Mirages, Phénomène de la Nouvelle-Zemble, Fata Morgana
Siebren van der Werf 1

1 University of Groningen (Retired), Groningen, Netherlands
Licence : CC-BY 4.0
Droits d'auteur : Les auteurs conservent leurs droits 
@article{CRPHYS_2022__23_S1_365_0,
     author = {Siebren van der Werf},
     title = {Novaya {Zemlya} effect and {Fata} {Morgana.} {Raytracing} in a spherically non-symmetric atmosphere},
     journal = {Comptes Rendus. Physique},
     pages = {365--389},
     publisher = {Acad\'emie des sciences, Paris},
     volume = {23},
     number = {S1},
     year = {2022},
     doi = {10.5802/crphys.102},
     language = {en},
}
TY  - JOUR
AU  - Siebren van der Werf
TI  - Novaya Zemlya effect and Fata Morgana. Raytracing in a spherically non-symmetric atmosphere
JO  - Comptes Rendus. Physique
PY  - 2022
SP  - 365
EP  - 389
VL  - 23
IS  - S1
PB  - Académie des sciences, Paris
DO  - 10.5802/crphys.102
LA  - en
ID  - CRPHYS_2022__23_S1_365_0
ER  - 
%0 Journal Article
%A Siebren van der Werf
%T Novaya Zemlya effect and Fata Morgana. Raytracing in a spherically non-symmetric atmosphere
%J Comptes Rendus. Physique
%D 2022
%P 365-389
%V 23
%N S1
%I Académie des sciences, Paris
%R 10.5802/crphys.102
%G en
%F CRPHYS_2022__23_S1_365_0
Siebren van der Werf. Novaya Zemlya effect and Fata Morgana. Raytracing in a spherically non-symmetric atmosphere. Comptes Rendus. Physique, Volume 23 (2022) no. S1, pp. 365-389. doi : 10.5802/crphys.102. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.5802/crphys.102/

[1] G. de Veer Waerachtighe Beschryvinghe van drie seylagiën ter werelt noyt soo vreemt ghehoort, Cornelis Claesz, Amsterdam, 1598 (Latin: Diarium nauticum seu descriptio trium navigationum admirandarum, Cornelis Claesz, Amsterdam, 1598. German: Warhafftige Relation. Der dreyen newen unerhörten, seltzamen Schiffart, Levin Hulsius, Nuremberg, 1598. French: Trois navigations admirables faictes par les Hollandais et Zelandois au Septentrion, Guillaume Chaudière, Paris, 1599. Italian: Tre navigationi fatte dagli Olandesi, e Zelandesi al settentrione, Giovanni Battista Ciotto, Venice, 1599. English: The true and perfect description of three voyages, so strange and woonderfull that the like hath neuer been heard of before, translation by William Phillip, Thomas Pavier, London, 1609)

[2] F. Nansen Fram over polhavet: den Norske polarfaerd 1893–1896, additions by Otto Sverdrup, H. Aschehoug, Kristiania, 1897 (Dutch: In Nacht en Ijs. De Noorsche Poolexpeditie 1893-1896, Sijthoff, Leyden, 1897, trans. by Maurits Snellen. English: Farthest North, Archibald Constable & Co., London, 1897. German: In Nacht und Eis. Die Norwegische Polarexpedition 1893-1896, F. A. Brockhaus, Leipzig, 1898. French: Vers le Pôle, Ernest Flammarion, 1897, trans. by Charles Rabot.)

[3] H. Finnson Kongs-skugg-sio utlögd a daunsku og latinu. Det kongelige speil med dansk og latinsk oversaettelse, samt nogle anmaerkninger, register og forberedelsen. Speculum regale cum interpretatione danica et latina, variis lectionibus, notis &c, Jonas Lindgren, Sorö, 1768 H. Einersen, (ed.)

[4] Kongspejlet: Konungs Skuggsjá, Det kongelige nordiske Oldskriftselskab, Copenhagen, 1926 (trans. by F. Jónsson)

[5] L. M. Larson The King’s Mirror, American–Scandinavian Foundation, New York, 1917

[6] Historia Norwegie (I. Ekrem; L. Boje Mortensen, eds.), Museum Tusculanum Press University, Copenhagen, 2006 (trans. by Peter Fisher) | DOI

[7] W. H. Lehn; I. I. Schroeder The hafstramb and the margygr of the King’s Mirror: an analysis, Polar Rec., Volume 40 (2004), pp. 121-134 | DOI

[8] S. Y. van der Werf Het Nova Zembla Verschijnsel: Geschiedenis van een luchtspiegeling, Historische Uitgeverij, Groningen, 2011

[9] S. Y. van der Werf Drieduizend jaar navigatie op de sterren: mythevorming en geschiedenis, Querido’s Uitgeverij, Amsterdam, 2022

[10] S. Y. van der Werf Ray tracing and refraction in the modified US1976 atmosphere, Appl. Opt., Volume 42 (2003), pp. 354-366 | DOI

[11] S. Y. van der Werf; G. P. Können; G. W. H. Lehn Novaya Zemlya effect and sunsets, Appl. Opt., Volume 4 (2003) no. 2, pp. 367-378 | DOI

[12] S. Y. van der Werf et al. Waerachtighe Beschryvinghe van het Nova Zembla effect, Ned. Tijdschr. Natuurkunde, Volume 66 (2000), pp. 120-126

[13] S. Y. van der Werf et al. Gerrit de Veer’s true p. and perfect description of the Novaya Zemlya effect, Appl. Opt., Volume 42 (2003), pp. 379-389

[14] S. Y. van der Werf Comment on “Improved ray tracing air mass numbers model”, Appl. Opt., Volume 47 (2008), pp. 153-156 | DOI

[15] S. Y. van der Werf Hafgerðingar and giant waves, Appl. Opt., Volume 56 (2017), p. G51-G58 | DOI

[16] C. Runge Ueber die numerische Auflösung von Differentialgleichungen, Math. Ann., Volume 46 (1895), pp. 167-178 | DOI | MR | Zbl

[17] L. H. Auer; E. M. Standish Astronomical refraction: computational method for all zenith angles, Astron. J., Volume 119 (2000), pp. 2472-2477 | DOI

[18] C. Y. Hohenkerk; A. T. Sinclair The computation of angular atmospheric refraction at large zenith angles, 1985 (NAO Technical Note No. 63, HM Nautical Almanac Office)

[19] Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac (P. K. Seidelmann, ed.), University Science Books, Mill Valley, CA, 1992

[20] J. B. Biot Sur les réfractions astronomiques, Additions à la Connaissance des Temps, pour l’An 1839, 1836, pp. 3-114

[21] L. Dettwiller Remarkable properties of astronomical refraction in a spherically symmetric atmosphere, C. R. Phys., Volume 23 (2022) no. S1, pp. 63-102 | DOI

[22] L. Dettwiller Biot’s theorem and Biot-Auer-Standish’s change of variable: an historical commentary, C. R. Phys., Volume 23 (2022) no. S1, pp. 483-501 | DOI

[23] J. Kepler Gesammelte Werke, vol. II, C. H. Becksche Verlagsbuchhandlung, Munich, 1938 (eds. W. von Dyck and M. Caspar) [new ed. of J. Kepler, Ad Vitellionem Paralipomena, quibus Astronomiae pars optica traditur, Claude Marne & Heirs Johannes Auber, Frankfut, 1604]

[24] C. Chevalley « Les fondaments de l’optique moderne: Paralipomènes à Vitellion (1604) », Librairie Philosophique J. Vrin, Paris, 1980

[25] F. Plehn J. Kepler’s Grundlagen der geometrischen Optik (im Anschluss an die Optik des Witelo), Akademische Verlagsgesellschaft, Leipzig, 1922

[26] J. Kepler Optics, Paralipomena to WItelo & Optical Part of Astronomy, Green Lion Press, Santa Fe, 2000 (trans. by W. H. Donahue)

[27] P. C. Le Monnier Mémoire sur la longitude de la Nouvelle Zemble, Mém. Acad. Roy. Sci., année 1779 (1782), pp. 381-384

[28] J. Baills Sur les phénomènes astronomiques observés en 1597 par les Hollandais à la Nouvelle Zemble, C. R. Acad. Sci., Volume LXXXI (1875), pp. 1088-1091 (t. 23)

[29] J. Moletti Ephemerides Josephi Scalae, ad annos duodecim, incipientes ab anno domini, Venice, 1589

[30] E. Shackleton South—The Story of Shackleton’s Last Expedition (1914–1917), MacMillan, New York & London, 1920

[31] Jet Propulsion Laboratory (http://ssd.jpl.nasa.gov/horizons.cgi#top)

[32] C. Marriott SkyMap Astronomy Software (http://skymap.com/)

[33] S. M. Schimpf Cybersky, Astronomy Software for Windows (http://www.cybersky.com/)

[34] A. Zavalishin Starcalc (http://homes.relex.ru/~zalex/main.htm#about) | DOI

[35] W. H. Lehn The Novaya Zemlya effect: An arctic mirage, J. Opt. Soc. Am., Volume 69 (1979), pp. 776-781 | DOI

[36] M. Zinkova Fata Morgana in coastal California, Weather, Volume 64 (2009) no. 11, p. 287 (and private communication)

[37] W. H. Lehn; I. I. Schroeder Hafgerdingar: a mystery from the King’s Mirror explained, Polar Rec., Volume 39 (2003), pp. 1-7 | DOI

[38] A. T. Young; E. Frappa Mirages at Lake Geneva: the Fata Morgana, Appl. Opt., Volume 56 (2017), p. G59-G68

[39] F.-A. Forel Le Léman, Monographie Limnologique, Vol. 2, F. Rouge, Lausanne, 1895

[40] G. H. Liljequist Refraction Phenomena in the Polar Atmosphere, Scientific Results, Norwegian-British-Swedish Antarctic Expedition 1949–1952, 2-2, Oslo University, Oslo, 1964

Cité par Sources :

Commentaires - Politique

Ces articles pourraient vous intéresser

Astronomy, Atmospheres and Refraction: Foreword

Luc Dettwiller; Pierre Léna; Denis Gratias

C. R. Phys (2022)

Phénomènes de réfraction atmosphérique terrestre

Luc Dettwiller

C. R. Phys (2022)

Relations among atmospheric structure, refraction, and extinction

Andrew T. Young

C. R. Phys (2022)