Солнце у горизонта над открытым морем не просто опускается за ровную геометрическую линию. Когда нижний край диска, как кажется, уже касается воды, лучи света проходят по изогнутой траектории в плотном, прохладном воздухе у поверхности. Это искажает видимое положение солнца и растягивает последние мгновения дня.

Главный механизм здесь — атмосферная рефракция, связанная с изменением показателя преломления в тропосфере по высоте. Слои более холодного и плотного воздуха над морем работают как вертикальная линза, отклоняя лучи вниз, к поверхности Земли. Из-за ее кривизны это отклонение направляет солнечный свет вдоль изгиба планеты, так что солнце еще видно, даже когда геометрически оно уже ушло за горизонт. В итоге наступление темноты задерживается на несколько минут по сравнению с тем, как было бы в мире без атмосферы.

Преломление действует по-разному для разных частей солнечного диска. Лучи от нижнего края проходят через более плотные слои воздуха и испытывают более сильное отклонение, чем лучи от верхнего края. Эта разница сжимает и сплющивает видимую форму солнца, превращая его в приплюснутый овал. При выраженных температурных инверсиях картина может переходить в миражеподобные искажения. Модели переноса излучения и геометрической оптики дают количественное описание эффекта: они показывают, что даже умеренные изменения профилей температуры и давления над морем заметно меняют как момент, так и видимую геометрию заката.

Само море играет ключевую роль: оно охлаждает и стабилизирует приземный воздух, усиливая резкие вертикальные градиенты плотности, которые повышают силу преломления у горизонта. Наблюдатель на берегу или на борту судна смотрит не сквозь «пустоту», а через сложную многослойную оптическую систему. Обыденный, на первый взгляд, закат на самом деле является наглядной демонстрацией изогнутых траекторий света в слоистой атмосфере.