22°-Halo

Halos (Singular: der Halo; Plural: Halos oder Halogone) sind Lichteffekte der atmosphärischen Optik, die durch Brechung des Lichts an Eiskristallen entstehen. Sie unterscheiden sich in ihrer Entstehungsweise von Koronen und irisierenden Wolken, die zum Teil ähnliche Erscheinungen zeigen, aber durch Beugung von Licht entstehen.

Damit Halos entstehen können, müssen die Eiskristalle möglichst regelmäßig gewachsen und durchsichtig klar sein. Meist bilden sie sich in hohen Cirrusfeldern aus. Sie können sich aber im Winter auch in Polarschnee („diamond dust“), Eisnebel oder in der Nähe von Schneekanonen bilden.

Wasser kristallisiert im hexagonalen Kristallsystem. Eiskristalle an denen Halos entstehen können sind im einfachsten Fall dünne sechseckige Plättchen, die sich bei ruhiger Luft horizontal ausrichten. Wachsen die Kristalle mehr in die Länge entstehen sechseckige Säulen. Auch diese können sich bei ruhiger Luft horizontal ausrichten. Die häufigsten Haloarten entstehen durch Brechung des Sonnenlichts an solchen Eiskristallen. Auch um den Mond lassen sich Haloeffekte beobachten. Allerdings ist das menschliche Auge bei geringer Lichtintensität kaum in der Lage Farben wahrzunehmen, weshalb die schwächeren Mondhalos weiß erscheinen.

Die wichtigsten Haloerscheinungen und ihre Lage am Himmel.

Das Bild oben zeigt einige der häufigsten Haloerscheinungen und wo sie am Himmel zu finden sind.

Haloerscheinung Bemerkung
22°-Ring (1) Dies ist die häufigste Haloerscheinung. Es handelt sich dabei um einen Ring, der vom Beobachter aus 22° entfernt von der Sonne verläuft. Er entsteht an zufällig orientierten Kristallen.
Nebensonne (2) Tritt oft zusammen mit dem 22°-Ring auf (siehe auch Nebenmond). Entsteht an waagerecht schwebenden Eisplättchen.
Lichtsäule (Lichteffekt) (3) Wird durch Lichtbrechung an waagerecht schwebenden Eisplättchen verursacht.
Horizontalkreis (4) Ein relativ seltener Lichteffekt, der durch Lichtspiegelung oder -brechung an Eisplättchen oder -säulchen hervorgerufen wird.
Zirkumzenitalbogen (5) Tritt oft in Verbindung mit Nebensonnen auf, da er wie diese durch Lichtbrechung an waagerecht schwebenden Eisplättchen entsteht.
Berührungsbögen, umschriebener Halo (6) Meist sind von den Berührungsbögen nur Teile als "Hörner" zu sehen, die sich dann ab einer Sonnenhöhe von 32° zum umschriebenen Halo zusammenschließen. Entsteht an horizontal schwebenden Eissäulchen.
46°-Ring (7) Diese Haloerscheinung tritt sehr selten auf und setzt einen sehr hellen 22°-Ring voraus.
Untersonne (8) Diese liegt unter dem Horizont. Sie ist daher nur zu sehen, wenn man von einem Berg ins Tal blickt oder aus dem Flugzeugfenster schaut.
Zirkumhorizontalbogen (nicht im Bild) Entsteht wie der Zirkumzenitalbogen an waagerecht schwebenden Eisplättchen, ist aber nur bei Sonnenhöhen von mehr als 58° sichtbar.

Sind gleichzeitig verschiedene Formen von Eiskristallen vorhanden, so können auch unterschiedliche Haloeffekte zusammen auftreten. Halos sind auch in Mitteleuropa recht häufig zu sehen, sogar häufiger als Regenbögen. Leider sind die meisten nicht so farbenprächtig wie diese und die meisten stehen in Richtung zur Sonne, wodurch sie weniger auffällig sind und leicht durch das Sonnenlicht überstrahlt werden.

Siehe auch: Glorie, Brockengespenst

Physikalische Grundlagen des 22°-Rings

Strahlengang in einem hexagonalen Prisma

Eiskristalle kristallisieren im hexagonalen Kristallsystem. Licht, das diese Kristalle durchläuft, wird dementsprechend so gebrochen, als durchliefe es ein hexagonales Prisma. Lichtstrahlen, die zwei Oberflächen dieser Eiskristalle passieren, die um 60° zueinander gekippt sind, werden im Winkel von etwa 22 bis 46° gebrochen. In genau diesem Winkel zwischen dem primären Leuchtobjekt und Betrachter wird der Halo wahrnehmbar. Er ist, wie auch der Regenbogen und andere Brechungseffekte sowohl von der Position des Leuchtobjekts als auch der des Betrachters abhängig.

Sichtbares Licht hat am hexagonalen Prisma ein Minimum der Ablenkung zwischen 21,7° (rot, 656 nm) und 22,5° (violett, 400nm). Kein sichtbares Licht wird in kleineren Winkeln gebrochen, so dass der Eindruck eines leeren Raums zwischen Leuchtobjekt und Halo entsteht. Die meisten Lichtstrahlen, die zum Betrachter gelangen, werden in Winkeln nahe beim Minimum der Ablenkung gebrochen, wodurch die Wahrnehmung eines hellen inneren Rands entsteht. Ein- und Austrittswinkel sind nicht linear miteinander verknüpft. Mit jedem Grad, den der Eintrittswinkel vom Optimum entfernt ist, wird das Licht stärker gebrochen. Deswegen verblasst der Halo nach außen.

Aufgrund der unterschiedlichen Brechung der Spektralfarben schimmert der Innenrand eines 22°-Ringes häufig rötlich. Nebensonnen entstehen auf die gleiche Weise.

Physikalische Grundlagen des 46°-Rings

Alternativer Strahlengang in einem hexagonalen Prisma

Diese Art Halo entsteht, wenn die Lichtstrahlen entlang zweier Oberflächen des hexagonalen Prismas gebrochen werden, die rechtwinklig zueinander stehen. Dies ist der Fall, wenn ein Lichtstrahl eine Seitenfläche und die Ober- oder Unterseite des Kristalls durchläuft. Das Minimum der Ablenkung in diesem Strahlengang ist 46°, weshalb der Ring genau hier am hellsten ist.

Die Lichtstrahlen müssen in einem engen Winkel auf die Kristalle treffen, damit sie entsprechend gebrochen werden, ansonsten werden sie in Richtungen weg vom Beobachter reflektiert. Aus diesem Grunde erscheinen sie schwächer. Außerdem wird das Licht stärker dispergiert, so dass die Halos bunter sind.

Zirkumzenitalbögen entstehen auf die gleiche Weise.

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