Još pre 2000 godina ljudi su zapazili neke čudne prizore koji su se s vremena na vreme javljali u atmosferi. Tada su te pojave opisivane ovako: "U Africi se dešava nešto vrlo čudno. U određeno doba dana vazduh postane pun slika svake vrste. Neke su pokretne a druge nepokretne. Sve su one ogromne veličine tako da taj prizor ispunjava stravom sve one koji ga prvi put vide". Ovaj opis je svakako malo preuveličan, ali ostaje činjenica da su još u to vreme zapažene pojave koje će se tokom srednjeg veka pripisivati vili (fati) Morgani. One su danas potpuno objašnjene, ali ime fatamorgana im je ostalo.
U skorije vreme fatamorgane su zapažene i zabeležene više puta. Grad Bremen se, na primer, 1779. godine ogledao u jednoj ravnici kao u ogledalu, a 1783. su u Hamburgu viđene kuće koje kao da su na nebu visile naopako.
Kako objasniti sve ove pojave?
Upoznali smo zakone o prelamanju svetlosti, kao i pojavu totalne refleksije. Ovim zakonima se ne pokorava samo svetlost koju propuštamo kroz sočiva u našoj laboratoriji, već i svetlost koja prelazi kroz ogromno sočivo nazvano atmosfera. U pustinjama je tokom dana pesak pregrejan, pa je samim tim i vazduh u blizini zemlje topliji od vazduha u višim slojevima. Topliji vazduh je i ređi (jer se tela na toploti šire), pa uz pesak postoji sloj razređenog vazduha. Naravno, ne treba shvatiti da se vazduh ne kreće naviše: samim tim što je lakši, vazduh teži da se penje u više slojeve, ali on će se na tom putu hladiti a njegovo mesto će zauzimati drugi sloj koji će se opet grejati. Ovo kretanje je važno ako proučavamo cirkulaciju vazduha u atmosferi, ali za prelamanje svetlosti u atmosferi to nema velikog značaja. Važno je da se u blizini površine zemlje nalazi sloj razređenog vazduha.
Ulazeći u ređu sredinu, kosi svetlosni zrak koji polazi od nekog predmeta prelama se od normale i tako "skreće" ka zemlji. U jednom momentu on će se totalno reflektovati od "najnižeg" sloja vazduha. Sada se isti proces ponavlja, samo što zrak prelazi u gušću sredinu pa se prelama ka normali i "skreće" naviše. Tako on stiže do oka posmatrača, koji tada vidi izokrenutu sliku predmeta ispod horizonta. Pošto se takva slika u prirodi vidi samo u vodi, to posmatrač dobija utisak da se nalazi u blizini nekog jezera. Pogrešno je, dakle, već ukorenjeno verovanje da kao fatamorganu vidimo uvek oazu sa palmama.
Ne treba misliti ni da se fatamorgana zapaža samo u pustinjama. Vrlo često se ona pojavljuje i u severnijim krajevima, pa čak i na zagrejanom asfaltu puta. Tada površina asfalta izgleda kao polivena vodom u kojoj se ogledaju mnogi predmeti.
Ova vrsta fatamorgane se naziva donja fatamorgana. Ali ne treba misliti da je ovo jedina fatamorgana koja postoji. Septembra 1818. godine na ženevskom jezeru se javila takozvana pobočna fatamorgana. Tada je jedna strana obale bila izložena jakom suncu, pa je vertikalni sloj vazduha bio jako zagrejan. Slično kao kod donje fatamorgane, svetlosni zrak se totalno reflektovao ali ovog puta od vertikalnog sloja vazduha. Ova fatamorgana se može videti mnogo češće nego što se obično misli, ali mnogo jasnije u područjima gde je vazduh čist.
Treba spomenuti i gornju fatamorganu, koja se najčešće viđa u polarnim oblastima. Ostalo je zabeleženo da je sin čuvenog fizičara Skoresbija, putujući sa ocem u polarne predele, u jednoj oluji izgubio iz vida očev brod. Možete zamisliti njegovo iznenađenje kada je visoko na nebu ugledao sliku očevog broda, cele njegove posade, pa i svog oca koji je stajao na komandnom mostu.
Ova se pojava objašnjava prisustvom oblaka od ledenih iglica u kome se pojavljuje slika nekog predmeta posredstvom običnog odbijanja ili totalne refleksije. Ali dešava se da se iznad ovog oblaka nađe još jedan. Tada se donji oblak ponaša kao ogledalo bez amalgama pa se u njemu javlja izvrnuta slika predmeta a iznad nje (u drugom oblaku) normalna slika. Najzad, može se desiti da ovi oblaci zaklapaju takav ugao da ne vidimo izvrnutu, već samo normalnu sliku. Ovu fatamorganu ne treba vezivati samo za severne krajeve: u noći 3. decembra 1894. između 3 i 4 sata Pariz se ogledao u oblacima kao u ogledalu.
Ostaje da objasnimo još jednu pojavu koja, strogo uzev, nije fatamorgana, ali se obično posmatra uz nju. Ako je neko čitao roman Duh Ljana Estakada od Karla Maja (Karl May), seća se da su junaci ovog romana videli kako se visoko na nebu pojavljuje slika jahača koji na sebi nosi bivolju kožu. Zašto je jahač nosio bivolju kožu saznaće onaj ko pročita roman; nama ostaje da objasnimo kako je mogao da jaše iznad horizonta. Za ovu pojavu su potrebni posebni uslovi, ali se ona svodi na donju fatamorganu. Ovde su, naime, niski slojevi vazduha gušći, dok su visoki slojevi ređi zahvaljujući kretanju toplog vazduha i odgovarajućem vetru. Svetlost se prelama i predmet se može videti iznad horizonta, ali on najčešće nije okrenut naopako. Ponekad i mi primećujemo sličnu pojavu, ali se zadovoljavamo da kažemo: "Vazduh je danas prozračniji, pa se dalje vidi". Međutim, ovu pojavu možemo razlikovati od obične "prozračnosti" vazduha po tome što je predmet veći nego što bi inače bio.
Na kraju, evo kakvu su fatamorganu videli francuski vojnici u Alžiru u maju 1837. godine: "Jedno jato roda, sasvim obično u tim krajevima, prolazilo je na oko šest kilometara odavde. Te ptice su nailazile na jezero i dobivale takve oblike i dimenzije da su izgledale, čisto čovek da ne poveruje, kao arapski konjanici koji defiluju u redu. Iluzija je jednog momenta bila tako ubedljiva da je vrhovni komandant general Bigo poslao jednog konjanika u izvidnicu. Konjanik pređe preko jezera u pravoj liniji, ali došavši do mesta na kome su se javljale fatamorgane, noge konja postaše najednom tolike da je izgledalo kao da konja i konjanika nosi neko strašno čudovište ogromne veličine. Svi smo posmatrali tu pojavu kad jedan gust oblak sakri sunce i predmeti se ponovo pojaviše u svojim prirodnim oblicima".