Comptes Rendus
Did Monge really explain inferior mirages?
Comptes Rendus. Physique, Volume 23 (2022) no. S1, pp. 467-481.

Gaspard Monge has received undue credit for his observations of mirages in 1798 in Egypt. He did not discover inferior mirages; they were known to sailors before 1687, and the term mirage  had entered the French literature in 1753. Monge’s “total reflection” explanation for them was seriously flawed; it had already been considered and rejected by Gruber and by Büsch, and was promptly criticized by others. Yet he continues to be given credit for the first scientific explanation of mirages; and his false total-reflection mechanism survives today in some textbooks. Apparently this is due to its superficial simplicity, which appeals to novices.

Gaspard Monge a reçu une reconnaissance imméritée pour ses observations de mirages en 1798 en Egypte. Il n’a pas découvert les mirages inférieurs  : avant 1687 ils étaient déjà connus des marins, et le terme mirage  fut introduit dans les publications françaises à partir de 1753. L’explication par Monge en terme de réflexion totale est gravement erronée  ; elle avait été déjà examinée puis rejetée par Gruber et par Büsch, et promptement critiquée par d’autres. Cependant, on continue d’attribuer à Monge le mérite de la première explication scientifique des mirages  ; et son idée fausse de réflexion totale survit aujourd’hui encore dans certains manuels. Apparemment, cela vient de son indue simplicité, qui n’est qu’un vernis attirant pour les novices.

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DOI: 10.5802/crphys.106
Keywords: Monge, mirages, refraction, meteorological optics, apparent horizon, horizon dip, history of optics
Mot clés : Monge, mirages, réfraction, optique météorologique, horizon sensible, dépression de l’horizon, histoire de l’optique

Andrew T. Young 1

1 Astronomy Department, San Diego State University, San Diego, California, 92182-1221, USA
License: CC-BY 4.0
Copyrights: The authors retain unrestricted copyrights and publishing rights
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Andrew T. Young. Did Monge really explain inferior mirages?. Comptes Rendus. Physique, Volume 23 (2022) no. S1, pp. 467-481. doi : 10.5802/crphys.106. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.5802/crphys.106/

[1] Copie des procès-verbaux des séances de l’Institut d’Égypte, envoyés à l’Institut national de France, Décade Philosophique, An VII, 2 me Trimestre (1798) no. 10, pp. 4-5

[2] Gaspard Monge Extrait du mémoire lu à la séance de l’institut du Caire, du II fructidor an 6, par le cit. Monge. Sur le phénomène optique, nommé Mirage par les marins, Ann. Chim., Volume 29 (1798), pp. 207-208

[3] Gaspard Monge Mémoire sur le phénomène d’optique connu sous le nom de Mirage, La Décade égyptienne, Volume 1 (1799) no. 2, pp. 37-46

[4] Gaspard Monge Sur le phénomene d’optique, connu sous le nom de Mirage, Mémoires sur l’Égypte, Volume 1 (1800), pp. 64-79

[5] John Naylor Out of the Blue: A 24-Hour Sky-Watcher’s Guide, Cambridge University Press, Cambridge, 2002 (p. 51) | DOI

[6] Nicolas Desroches Dictionnaire des Termes propres de Marine, Amable Auroy, Paris, 1687 (p. 352)

[7] Nicolas Aubin Dictionaire de Marine, Pierre Brunel, Amsterdam, 1702 (p. 565)

[8] Guillaume Le Gentil Extrait d’un mémoire sur des observations astronomiques faites sur les réfractions, en 1786, 1787 et 1788, Mém. Acad. Roy. Sci. année 1789 (1793), pp. 224-236

[9] Joseph-Bernard de Chabert Voyage fait par ordre du Roi en 1750 et 1751 ..., Suite des Mémoires de l’Académie des sciences, Imprimerie Royale, Paris, 1753 (p. 136)

[10] Joseph-Bernard de Chabert Voyage fait par ordre du Roi en 1750 et 1751 ..., Hist. Acad. Roy. Sci. année 1753 (1757), pp. 242-256

[11] Jean Picard Voyage d’Uranibourg ou observations astronomiques faites en Dannemarck, Imprimerie Royale, Paris, 1680 (p. 8) | DOI

[12] J. P Maraldi Détermination géographique de l’Isle de Corse, Mém. Acad. Roy. Sci. année 1722 (1724), pp. 348-355

[13] Edme Mariotte Traitté du nivellement, Jean Cusson, Paris, 1672

[14] Pierre Perrault On the origin of springs, Hafner, New York, 1967 (trans. by Aurele LaRocque, [new ed. of De l’origine des fontaines, Pierre Le Petit, Paris, 1674])

[15] Thomas Shaw Travels, or Observations Relating to Several Parts of Barbary and the Levant, Theatre, Oxford, 1738 (p. 362)

[16] Ruggero J. Boscovich; Christopher Maire De Litteraria Expeditione per Pontificiam Ditionem ..., Typographo Palladis, Roma, 1755 (p. 94-96)

[17] Christopher Maire; Ruggero J. Boscovich Voyage Astronomique et Géographique, dans l’État de l’Église ..., Tilliard, Paris, 1770 (p. 94-96)

[18] Antonio Minasi Dissertazioni sopra diversi fatti meno ovvi della storia naturale, Benedetto Francesi, Roma, 1773

[19] Tobias Gruber Herrn Tobias Grubers Briefe hydrographischen und physikalischen Inhalts aus Krain, an Ignaz Edlen von Born, Johann Paul Krauß, Wien, 1781 (p. 54-57)

[20] Johann G. Büsch Tractatus duo optici argumenti, apud Carolum Ernestum Bohnium, Hamburgi, 1783

[21] Tobias Gruber Physikalische Abhandlung über die Stralenbrechung und Abprellung auf erwärmten Flächen, Abhandlungen der Böhmischen Gesellschaft der Wissenschaften, Volume 2 (1786), pp. 298-330

[22] William Hyde Wollaston Observations on the Quantity of horizontal Refraction; with a Method of measuring the Dip at Sea, Phil. Trans. Roy. Soc. Lond., Volume 93 (1803), pp. 1-11

[23] Joseph Huddart Observations on horizontal Refractions which affect the Appearance of terrestrial Objects, and the Dip, or Depression of the Horizon of the Sea, Phil. Trans. Roy. Soc. Lond., Volume 87 (1797), pp. 29-42 | DOI

[24] Marcel Minnaert The Nature of Light & Colour in the Open Air, Dover Publications, New York, 1954

[25] Walter Tape The topology of mirages, Scientific American, Volume 252 (1985) no. 6, pp. 120-129 | DOI

[26] Joseph Huddart Observations on horizontal Refractions which affect the Appearance of terrestrial Objects, and the Dip, or Depression of the Horizon of the Sea, Journal of Natural Philosophy, Chemistry and the Arts, Volume 1 (1797), pp. 145-152

[27] Joseph Huddart Beobachtungen über die horizontale Strahlenbrechung bey irdischen Gegenständen und über die Vertiefung des Seehorizontes (dip of the sea), Gilb. Ann. Phys., Volume 3 (1800) no. 3, pp. 257-280 | DOI

[28] Göttingen, Göttingische Anzeigen von gelehrten Sachen, 82. St. (1796), pp. 809-818

[29] Reinhard Woltmann Bemerkungen über ein Katoptrisches Phänomen, welches an den Gegenständen nahe am Horizont nicht selten sichtbar ist, Neuere Abhandlungen der königlichen Böhmischen Gesellschaft der Wissenschaften, Volume 3 (1798), pp. 69-97

[30] Reinhard Woltmann Beobachtungen über die Brechung der Lichtstrahlen, die nahe über der Erdfläche hinfahren, Gilb. Ann. Phys., Volume 3 (1800) no. 4, pp. 397-438 | DOI

[31] Robert Greenler Rainbows, Halos, and Glories, Cambridge University Press, Cambridge, 1980

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

[33] Jean-Baptiste Delambre Histoire de l’Astronomie au Dix-Huitième Siècle, Bachelier, Paris, 1827 (p. 697)

[34] Tobias Gruber Abbé Gruber’s Theorie dieses katoptrischen Phänomens, von Senkung und Hebung der Objekte am Horizonte, Neuere Abhandlungen der königlichen Böhmischen Gesellschaft der Wissenschaften, Volume 3 (1798), pp. 97-107

[35] Paris, Göttingische Anzeigen von gelehrten Sachen, 186. St. (1800), pp. 1849-1852

[36] Über die Fata Morgana, das Seegesicht und die Erhebung, Allgemeine Geographische Ephemeriden, Volume 5 (1800) no. 3, pp. 195-222

[37] J. G. Büsch Schreiben des Hrn. Prof. Büsch in Hamburg, an d. Herausgeber der A.G.E., Allgemeine Geographische Ephemeriden, Volume 6 (1800) no. 1, pp. 3-14

[38] J. M. Reinecke Antwort auf das Schreiben des Hrn. Prof. Büsch, Allgemeine Geographische Ephemeriden, Volume 6 (1800) no. 1, pp. 14-15

[39] Gaspard Monge Abhandlung über ein optisches Phänomen, die Kimmung genannt, von Gaspard Monge, Allgemeine Geographische Ephemeriden, Volume 6 (1800) no. 1, pp. 15-25

[40] J. M. Reinecke Zusatz des Übersetzers, Allgemeine Geographische Ephemeriden, Volume 6 (1800) no. 1, pp. 25-30

[41] William Nicholson An Account of the Fata Morgana; or the Optical Appearance of Figures, in the Sea and the Air, in the Faro of Messina. With an Engraving, Journal of Natural Philosophy, Chemistry and the Arts, Volume 1 (1797), pp. 225-227

[42] L. W. Gilbert Beobachtungen besonderer Strahlenbrechung von Boscowich, Monge und Ellicot, Gilb. Ann. Phys., Volume 3 (1800), pp. 302-308

[43] William Hyde Wollaston On double Images caused by atmospherical Refraction, Phil. Trans. Roy. Soc. Lond., Volume 90 (1800), pp. 239-254

[44] Robert Hooke Micrographia, Dover Publications, New York, 1961 ([republication of Micrographia, John Maryn and James Allestry, London, 1665])

[45] William Hyde Wollaston Untersuchungen, wie durch atmosphärische Strahlenbrechung doppelte Bilder von Gegenständen entstehen, Gilb. Ann. Phys., Volume 11 (1802), pp. 1-65 | DOI

[46] Jean-Baptiste Biot Traité Élémentaire d’Astronomie Physique, Bernard, Paris, 1805

[47] Jean-Baptiste Biot Recherches sur les réfractions extraordinaires qui ont lieu près de l’horizon, Mémoires de la classe des sciences mathématiques et physiques de l’Institut de France, Année 1809, Garnery, Paris, 1810 (p.1-266)

[48] J. M. Pernter Meteorologische Optik, Wilhelm Braumüller, Vienna, Leipzig, 1902

[49] J. M. Pernter; F. M. Exner Meteorologische Optik, Wilhelm Braumüller, Vienna, Leipzig, 1922

[50] P. G. Tait On mirage, Trans. Roy. Soc. Edinburgh, Volume 30 (1883), pp. 551-578 | DOI

[51] Joseph D. Gergonne Du mouvement de la lumière dans un milieu transparent, dont la densité varie, dans tous les sens, suivant une loi mathématique quelconque, Annales de mathématiques pures et appliquées, Volume 19 (1829), pp. 257-285 | Numdam

[52] Joseph D. Gergonne Recherches sur les réfractions terrestres et particulièrement sur le mirage, Notice Travaux Acad. Gard année 1808 (1809), pp. 219-256

[53] Joseph D. Gergonne Essai analytique sur le phénomène du mirage, Annales de mathématiques pures et appliquées, Volume 20 (1829), pp. 1-31 | Numdam

[54] Andrew T. Young Annotated bibliography of mirages, green flashes, atmospheric refraction, etc. (https://aty.sdsu.edu/bibliog/bibliog.html)

[55] Auguste Bravais Notice sur le mirage, Annuaire Météorologique de la France pour 1852, Volume 4 (1853), pp. 227-280

[56] Auguste Bravais Notice sur le mirage, Annuaire de la Société Météorologique de France pour 1853 : Bulletin des séances, Volume 1 (1857)

[57] Auguste Bravais Notice des travaux scientifiques de M. A. Bravais, Mallet-Bachelier, Paris, 1854

[58] Auguste Bravais Optique. Réfraction, L’Institut, Volume 21 (1853), p. 193

[59] Auguste Bravais Explication, par le système des ondes, d’un cas remarquable de la réfraction de la lumière, Ann. Chim. Phys., Volume 46 (1856), pp. 492-501

[60] F.-A. Forel Mirages d’hiver sur le lac Léman, Bull. Soc. Vaud., Volume 25 (1890), p. XII-XIII

[61] T. Ferguson Eenige opmerkingen betreffende de Kimduiking in verband met de temperatuur van zee en lucht, De Zee, Volume 24 (1902), pp. 357-361

[62] Johann G. Büsch Beobachtungen über horizontale Strahlenbrechung und die wunderbaren Erscheinungen, welche sie bewirkt, Gilb. Ann. Phys., Volume 3 (1800), pp. 290-301 | DOI

[63] Thomas Foken 50 years of the Monin–Obukhov similarity theory, Boundary-Layer Meteorology, Volume 119 (2006), pp. 431-447 | DOI

[64] J. D. Everett On the optics of mirage, Phil. Mag., Series 4,, Volume 45 (1873) no. 299, pp. 161-172 | DOI | Zbl

[65] S. S. Zilitinkevich; A. A. Grachev; C. W. Fairall Scaling reasoning and field data on the sea surface roughness lengths for scalars, J. Atmos. Sci., Volume 58 (2001) no. 3, pp. 320-325 | DOI

[66] A. C. Chamberlain Roughness length of sea, sand, and snow, Boundary-Layer Meteorology, Volume 25 (1983), pp. 405-409 | DOI

[67] Hans C. Freiesleben Geophysikalische Folgerungen aus Kimmtiefenbeobachtungen, Deutsche Hydrographische Zeitschrift, Volume 2 (1949), pp. 78-82 | DOI

[68] Hans C. Freiesleben Investigations into the dip of the horizon, Journal of Navigation (London), Volume 3 (1950) no. 3, pp. 270-279 | DOI

[69] Lutz Hasse Über den Zusammenhang der Kimmtiefe mit meteorologischen Größen, Deutsche Hydrographische Zeitschrift, Volume 13 (1960), pp. 181-197 | DOI

[70] Lutz Hasse Temperature-difference corrections for the dip of the horizon, Journal of Navigation (London), Volume 17 (1964) no. 1, pp. 50-56 | DOI

[71] Henry H. Shufeldt Precision Celestial Navigation, Journal of Navigation (London), Volume 15 (1962) no. 3, pp. 301-324 | DOI

[72] Andrew T. Young; George W. Kattawar Sunset science. II. A useful diagram, Appl. Opt., Volume 37 (1998) no. 18, pp. 3785-3792 | DOI

[73] Andrew T. Young Inferior mirages: an improved model, Appl. Opt., Volume 54 (2015) no. 4, p. B170-B176 | DOI

[74] Siebren Y. van der Werf; Igor Shokaryev Wave height and horizon dip, Navigation, Journal of The American Institute of Navigation, Volume 62 (2015) no. 2, pp. 161-169 | DOI

[75] Robert K. Merton The Matthew Effect in Science, Science, Volume 159 (1968) no. 3810, pp. 56-63 | DOI

[76] Biographical Anecdotes and Characters: Domestic Literature, The New Annual Register for the Year 1800, G. and J. Robinson, London, 1801, p. 270

[77] Nina Burleigh Mirage: Napoleon’s Scientists and the Unveiling of Egypt, HarperCollins, New York, 2007 (p. 30)

[78] Nicolas Giordano College Physics: Reasoning and Relationships. Vol. 2, Cengage Learning, Boston, Mass., 2012 (p. 832)

[79] Donald Reid; Geoff Groves; Colin Price; Ian Tennant Science for the New Zealand Curriculum Year 11, Cambridge University Press, Port Melbourne, 2011 (p. 87)

[80] H. L. Mencken Prejudices: Second Series, Alfred A. Knopf, New York, 1920 (p. 158)

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