L'effetto che hai notato è quello che sta alla base dei miraggi nel deserto, ed è lo stesso che fa brillare le stelle (e non i pianeti che sono più vicini) o ti fa sembrare che ci siano delle pozze d'acqua sulle strade asfaltate quando fa caldo.
La luce si propaga nel vuoto al limite massimo delle velocità che è appunto 300 000 chilometri a ogni secondo. In tutti gli altri mezzi come l'aria o l'acqua, si propaga con velocità leggermente minori. Questa caratteristica del mezzo è espressa da una grandezza numerica che viene chiamata indice di rifrazione. L'aria ha un indice di rifrazione che vale 1,003. L'acqua 1,33, il vetro circa 1,2-1,4 e così via. In genere l'indice di rifrazione aumenta con la densità del mezzo che la luce attraversa. L'effetto che hai notato e che è alla base dei miraggi non è altro che il riscaldamento dell'aria prodotto dal terreno ancora caldo e dalle turbolenze che fanno cambiare la densità dell'aria e quindi ne fanno variare l'indice di rifrazione localmente.
Se guardi attentamente il bordo di una superficie esposta al sole d'estate, o un getto d'aria calda, vedrai lo stesso fenomeno, come un tremolio dell'immagine che vedi sullo sfondo. Ciò che accade è che l'aria, essendo una miscela di gas (azoto 70%, ossigeno 21% e altri) composta da molecole che interagiscono tra loro, in presenza di una fonte di calore e in generale con l'aumento di temperatura, cambia rapidamente densità (cioè il numero di molecole che puoi trovare in un dato volume) e quindi l'indice di rifrazione varia altrettanto prontamente con la temperatura.
Il principio che spiega la deviazione di un raggio di luce nel passaggio da un mezzo meno denso a uno più denso (o viceversa) è detto rifrazione. Nella figura 1 viene esemplificato il fenomeno con uno schemino semplice: a sinistra il caso che il raggio di luce passi da un mezzo meno denso a uno più denso (n₁<n₂), a destra il caso opposto (n1>n₂). Nella figura 2 puoi trovare lo stesso schema per strati d'aria via via più caldi, quindi meno densi, e quindi di indice di rifrazione minore man mano che ci si avvicina alla superficie della strada asfaltata. La traiettoria completa di un raggio che attraversa tutti questi strati diventa una linea spezzata che si chiude sugli occhi dell'osservatore in distanza anziché sul terreno (fig. 3).
Si conoscono miraggi di vari tipi, quelli inferiori, la cui immagine apparente viene percepita più in basso della posizione reale dell'oggetto (come quelli che puoi osservare sulle strade asfaltate d'estate, illustrati nella figura 3) quelli superiori, la cui immagine appare al di sopra della posizione dell'oggetto reale (tipo quelli che fanno apparire le oasi dove non ci sono, illustrati nella 4) e i miraggi multipli, detti anche fate morgane (fig. 5).
Le fate morgane sono dovute a una distribuzione irregolare dell'indice di rifrazione dei vari strati d'aria che fa deviare raggi luminosi provenienti da uno stesso punto verso direzioni diverse, facendo apparire costruzioni fantastiche che una credenza popolare attribuiva all'intervento di una fata.
Per darti un'idea di quanto sia sensibile tale effetto e di quanto sia macroscopico ed evidente tanto da poterlo osservare a occhio nudo, ti posso dire che alcuni metodi di spettroscopia, in particolare quelli fototermici, sono proprio basati sull'effetto miraggio. o sulla cosiddetta lente termica. In questo modo è possibile misurare con elevatissima sensibilità la temperatura locale di uno strato sottile di materiale, per conoscerne con grande precisione e senza contatto (a distanza) le proprietà ottiche e termiche.

Per qualche curiosità in più, si può consultare la pagina Introduzione alle fotometeore ed alle illusioni ottiche.

Figura 1: A sinistra: schema di rifrazione di un raggio di luce che passa da un mezzo meno denso a uno più denso (n1< teta2). A destra stesso caso valido per il passaggio da un mezzo più denso a uno meno denso (n₁>n₂). Il raggio rifratto in questo caso di allontana dalla perpendicolare (teta₁ > teta₂).








Figura 2: Schema esemplificativo di un miraggio inferiore e costruzione del raggio rifratto per 5 strisce di aria a temperatura crescente dall'alto verso il basso e quindi dindice di rifrazione via via più basso man mano che ci si avvicina alla superficie stradale.

Figura 3: Schema di miraggio inferiore













Figura 4: Schema di miraggio superiore
















Figure 5: fotografia di miraggio multiplo detto anche fata morgana