Эффект Новой Земли — это полярный мираж, так называется редкое оптическое явление, связанное с аномальной рефракцией, иными словами, с необычно сильным преломлением света в атмосфере. Она одна из трёх арктических оптических иллюзий (две другие — хиллингар и хафгердингар), связанных с преломлением солнечного света в слоях воздуха разной температуры. Чтобы наблюдать его, нужны особые условия: исключительно протяжённые и неподвижные слои воздуха, сравнительно тёплые на большой высоте и выстуженные у земной поверхности. Наблюдается как в Арктике, так и в Антарктике.

Наиболее известное — хотя далеко не единственное — проявление эффекта Новой Земли заключается в том, что кажущийся восход Солнца происходит до его астрономического восхода. 

Впервые наблюдать и, что самое главное, описать этот мираж, возвращавшийся в течение нескольких суток, довелось нидерландским морякам, участникам третьего арктического плавания Виллема Баренца, вынужденным зазимовать на Новой Земле в 1596—1597 годах. В честь этих событий эффект впоследствии и получил своё название.

Но что самое удивительное — чтобы получить исчерпывающее объяснение наблюдениям Баренца и членов его команды, математикам и специалистам в естественных науках потребовалось более 400 лет! Ещё столетие назад, в начале XX века, когда выражение «эффект Новой Земли» впервые вошло в научный лексикон, оно означало вовсе не атмосферное оптическое явление. Под ним скорее понимали... галлюцинации и патологическое стремление ко лжи, возникающие у человека, пережившего высокоширотную зимовку.

Причина эффекта Новой Земли состоит в многократном отражении, искривлении солнечных лучей в инверсионных слоях атмосферы. При ясной погоде слои воздуха разных температур у поверхности земли действуют как световод и Солнце кажется выше, чем оно есть на самом деле. Заметный эффект достигается, когда значителен градиент температуры и протяжённость инверсионного слоя по горизонтали не менее 400 км.

Этот эффект получил объяснение и был признан учеными лишь в конце ХХ века. Мираж Солнца появляется над горизонтом из-за искривления лучей в инверсионных слоях атмосферы. При этом светило имеет вид прямоугольника или линии. Заметность эффекта зависит от метеорологических условий.

Аналогичные явления позднее многократно наблюдались и в других местах Арктики и Антарктики, Э. Шеклтон во время антарктической экспедиции 1914 - 1917 гг. наблюдал эффект Новой Земли 8 мая и 26 июля 1915 г. при глубинах погружения Солнца 2°37' и 2° соответственно.

Такая прибавка светлого времени за счет рефракции и в сутках и за весь год весьма ощутима как для человека, так и для животного и растительного мира этих районов.

Интересные исследования эффекта Новой Земли были выполнены недавно В. Леном (1979 г.). Анализируя метеорологические условия, он показал, что это явление возникает при наличии сильной температурной инверсии (т. е. повышении температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы) у поверхности Земли с перепадом температур до 25° С, когда инверсия простирается до высоты порядка 1000 м. Автор провел расчеты траекторий световых лучей при различных вертикальных градиентах температуры* в приземном слое. Оказалось, что возможны два варианта траекторий солнечных лучей:

Первый. Рефракция лучей очень сильная, но неравномерная. На некоторой высоте лежит слой с очень сильной рефракцией (холодный слой), а выше и ниже его слои со слабой рефракцией (более теплые). У самой поверхности Земли лежит снова холодный слой. Холодный слой на высоте, зажатый между теплыми слоями, называется термоклином. Он должен иметь большую горизонтальную протяженность. Солнечные лучи, попав в термоклин и многократно отражаясь от выше- и нижележащих теплых слоев, могут распространяться вдоль термоклина на очень большие расстояния, до 400 км и более.

Этот вариант можно назвать случаем с термоклином на высоте.

Второй. Очень холодный приземный слой воздуха, а выше резкая температурная инверсия. Роль термоклина играет холодный приземный слой. Попавшие в термоклин солнечные лучи будут многократно отражаться от слоя инверсии выше термоклина и от земной поверхности и также уходить по термоклину на большие расстояния. Покидая этот слой, лучи будут создавать искаженные и сложные изображения Солнца. Это случай термоклина у поверхности Земли.

Необычайно сильной рефракцией, но при неустойчивом состоянии атмосферы, можно объяснить явление, которое наблюдалось 20 января 1974 г. в поселке Черский в Якутии: во время полярной ночи Солнце неожиданно показалось над горизонтом на несколько минут. Настоящий восход Солнца (т. е. конец полярной ночи) произошел только через несколько дней.