Telefotografia e turbolenza dell'aria

Capita spesso, percorrendo le strade durante le torride estati siciliane, di lasciarsi sedurre dal maliardo miraggio di una inverosimile pozza d'acqua sul rovente nastro d'asfalto: gli esperti di ottica fisica indicano questo strano fenomeno con il nome di "miraggio inferiore", per distinguerlo dai miraggi superiori, nei quali l'immagine appare invece riflessa superiormente.
Il miraggio inferiore si forma quando gli strati di aria prossimi al suolo, riscaldati dall'asfalto (molto caldo a causa della sua bassissima albedo), tendono a diminuire la loro densità salendo verso l'alto secondo le leggi del moto convettivo; essendo l'indice di rifrazione dell'aria direttamente proporzionale alla sua densità, al gradiente termico verticale si abbina un gradiente dell'indice di rifrazione dell'aria che fa si che un raggio proveniente da un oggetto lontano viaggi secondo una traiettoria curva (con la concavità in alto), fino a raggiungere l'angolo di incidenza limite per il quale si ha la riflessione totale. A questo punto l'immagine lontana appare all'osservatore perfettamente capovolta.

Tuttavia, anche laddove non dia luogo a veri e propri miraggi, il gradiente termico dell'aria e i relativi moti convettivi determinano comunque una distorsione ottica dell'immagine osservata, che appare all'osservatore velata e tremolante. I raggi che provengono da punti diversi di oggetti lontani, infatti, prima di raggiungere i nostri occhi (o le lenti dei nostri obiettivi) devono attraversare zone d'aria a temperature diverse e dunque con differenti indici di rifrazione. Pertanto, è inevitabile che vengano deviati (cioè "rifratti") con angoli d'uscita differenti, il che induce appunto la distorsione ottica dell'oggetto osservato. Il continuo rimescolamento degli strati di aria a differente densità (secondo le già citate leggi del moto convettivo) completerà l'opera aggiungendo un vistoso tremolìo alle immagini osservate e/o fotografate.
Non esistono vere e proprie soluzioni radicali al problema, a parte l'adozione di sistemi ottici di tipo adattivo (pensati per uso astronomico), dotati di specchi capaci di modificare il piano di riflessione per contrastare in tempo reale il fenomeno del seeing, cioè della riduzione del potere risolutivo di un'ottica rispetto al suo valore teorico proprio a causa della turbolenza atmosferica

L'uso di filtri UV, talvolta definiti più o meno impropriamente "anti-haze", non riduce significativamente l'effetto della turbolenza atmosferica, limitandosi a tagliare le frequenze dell'ultravioletto (da 390-400nm in giù), il cui eccesso può velare di azzurro le immagini riprese ad alta quota, dove il contingente di raggi UV può ancora essere "fotograficamente" significativo. Più consistente, ma anche più stravolgente, è l'effetto di riduzione del velo atmosferico nella fotografia infrarossa, grazie alla ben più efficiente riduzione dell'effetto "scattering" di Rayleigh e di Lorenz-Mie.
Naturalmente, la soluzione migliore sarebbe quella di scattare solo in quelle condizioni atmosferiche in cui il gradiente termico non sia pronunciato, come ad esempio al mattino presto; tuttavia, può accadere che specifiche condizioni ambientali (presenza di rocce molto porose, elevati tassi di umidità notturna, abbondanza di acque palustri) possano fare insorgere il sopracitato gradiente sin dalle primissime ore del giorno.

Scattare con tempi di otturazione veloci può servire a ridurre la probabilità di intercettare un eccesso momentaneo di scattering, mentre maggior successo si avrà scattando a raffica numerose immagini dello stesso soggetto: capita spesso che fotogrammi di una successione distanti pochi decimi di secondo l'uno dall'altro presentino un contributo peggiorativo del gradiente termico atmosferico fortemente differente, come nel caso delle coppie di fotogrammi di Civetta (Athene noctua) o di Aquila minore (Hieraaetus pennatus), ripresi a non più di qualche secondo di tempo l'uno dall'altro.