¿Cuál es la trayectoria del haz de luz doblado en un espejismo?

Ambos diagramas son correctos. Me gustaría abordar su pregunta perspicaz:

¿Podría explicar por qué el haz de luz "sigue curvándose" después de llegar horizontal al suelo?

que leo de la siguiente manera. Imaginas el cielo como capas horizontales discretas de material ópticamente homogéneo, pero con diferentes capas que tienen diferentes índices de refracción. También afirma correctamente que si un rayo se encontrara moviéndose paralelo a las capas, no habría forma de que se doblara hacia el suelo.

Esta es una pregunta astuta y la respuesta algo sutil:

1. Si el sistema real fuera de hecho un sistema de capas discretas, no habría forma de que un rayo se volviera horizontal y quedara confinado en una capa. La única forma en que un rayo refractado puede emerger de una interfaz paralela a la interfaz es al comienzo de la reflexión interna total . Imagine el rayo acercándose a una interfaz en un ángulo cada vez más superficial; cuando el ángulo es muy pequeño, la mayor parte de la potencia se refleja en la interfaz. Así, en un modelo de capas discretizadas, el rayo nunca es horizontal y todo el camino es un polígono; el punto más alto de este camino es un vértice en una interfaz donde el rayo se refleja simétricamente ( es decir , de acuerdo con la ley de reflexión) desde la interfaz más alta alcanzada;

2. En un modelo continuo, la trayectoria del rayo debe pasar por un punto donde la dirección del rayo es horizontal, pero en el punto donde es horizontal, no tienes una onda plana en un medio homogéneo; tiene una onda plana "a caballo entre" un medio no homogéneo con el índice que varía en la dirección transversal. Tal onda siempre tiene una "fuerza" efectiva que la dobla hacia la región de mayor índice. Esto es lo que sucede en una fibra óptica. No olvide que un rayo siempre representa una onda plana de longitud de onda pequeña, pero todavía de muchas longitudes de onda (como condición para que se cumpla la ecuación de Eikonal), de ancho lateral, por lo que la falta de homogeneidad siempre actúa de esta manera. De hecho, las ecuaciones de movimiento de Hamilton para un rayo en este sistema dicen lo siguiente y puedes ver la "fuerza" hacia abajo

donde el parámetro de ruta$\tau$es la longitud del camino óptico y los momentos son los cosenos directores de la dirección del rayo multiplicados por el índice de refracción.

Yo diría que ambas cifras parecen razonables. En el segundo caso puede haber un reflejo (parcial) de alguna capa en la atmósfera. No estoy seguro de si el camino de la luz sería suave en ese caso, pero esto no parece ser un problema importante.