Атмосфера Земли состоит из слоёв с убывающей плотностью по мере удаления от поверхности. Показатель преломления воздуха возрастает с увеличением плотности. Поэтому световой луч от звезды, входя в атмосферу сверху, попадает в среду со всё большим показателем преломления и непрерывно преломляется по закону:

n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2

Луч загибается к нормали к поверхности Земли (то есть ближе к вертикали) и приходит к наблюдателю под бо́льшим углом к горизонту, чем если бы атмосферы не было.

Мозг человека воспринимает свет как пришедший по прямой линии. Он мысленно продолжает последний участок луча прямолинейно — и «видит» звезду выше её истинного положения.

Вывод: видимое положение звезды выше действительного положения относительно горизонта.