Haloerscheinungen

 
Von der Vielzahl an vorkommenden Haloerscheinungen werden hier nur einige wenige herausgegriffen, welche entweder häufiger auftreten oder eine besonders schöne Erscheinung darstellen. Ihnen allen gemeinsam ist der Verursacher, nämlich Eiskristalle, welche in vielfacher Form in der Atmosphäre auftreten. Für die folgenden vereinfachten Beschreibungen werden allerdings nur drei für die Haloentstehung besonders gut geeignete Formen der Eiskristalle betrachtet: a) hexagonales Prisma, deren Grundfläche etwa gleich groß ist wie deren Seitenflächen, im Text Eisprisma genannt, b) hexagonales Prisma mit sehr kurzer Seite, in den weiteren Ausführungen als Eisplättchen bezeichnet und c) hexagonales Prisma mit langer Seite, kurz Eissäulchen genannt.

 
22°-HALO
entsteht durch die BRECHUNG VON SONNEN-/MONDLICHT IN (MEIST HEXAGONALEN) EISPRISMEN AN ZWEI SEITENFLÄCHEN BEI STRAHLENDURCHGANG IN DER OPTISCHEN HAUPTEBENE

Prismenförmige Eisteilchen findet man in sehr kalter Luft, auch nahe der Erdoberfläche, vor allem aber in dünnen, kalten hochliegenden Wolken mit regelmäßigem langsamem Kristallwachstum. Scheint die Sonne oder helles Mondlicht auf diese Partikel, so bildet sich im Idealfall ein Ring oder Teile eines schwach färbigen Ringes mit einem bräunlich-orangen Innenrand um Sonne bzw. Mond mit einem Radius von knapp 22°. Zurückzuführen ist der 22°-Halo auf Lichtstrahlen, welche sowohl beim Eintritt in das optisch dichtere Eiskristall als auch bei dessen Austritt gebrochen werden und damit insgesamt eine Ablenkung erfahren. Dabei ist ähnlich wie beim Regentropfen (siehe Regenbogen) auch beim Eiskristall die Ablenkung des Lichtstrahls von seiner ursprünglichen Richtung sowohl vom Brechungsindex (variiert mit der Wellenlänge) als auch vom Einfallswinkel abhängig und wie beim Regentropfen gibt es auch hier für jede Farbe einen eigenen minimalen Ablenkungswinkel, nahe dem die Lichtstrahlen gehäuft und damit intensiver aus dem Eiskristall austreten. Bei einem Strahlendurchgang in der optischen Hauptebene des Prismas (so wird diejenige Ebene bezeichnet, die parallel zur Grund- bzw. Deckfläche des Eisprismas verläuft) beträgt dieser für rotes Licht 21,6° und für violettes Licht 22,4°. Damit befinden sich diejenigen Eiskristalle, aus welchen rote Lichtstrahlen austreten, geringfügig näher an Sonne/Mond als die Eiskristalle, aus denen kürzerwelliges Licht zum Beobachter gelangt. Da sich allerdings (auch aufgrund von Beugungseffekten) die Farben stärker verwischen als z.B. beim Regenbogen, zeigt der 22°-Halo nur eine schwache Färbigkeit. Schon der noch relativ deutlich ausgeprägte Innenrand strahlt nicht in klarem Rot sondern nur in einer verwaschenen bräunlich-orangen Farbe. Nach außen zeigt sich dann meist nur noch ein diffuser weißer Schleier, weil sich hier nicht nur Lichtstrahlen verschiedener Farben in und abseits der Minimalablenkung überlagern, sondern auch noch Lichtstrahlen dazukommen, welche die Eisprismen abseits der optischen Hauptebene durchqueren. Für diese Strahlen nehmen die Minimalablenkungen jeweils etwas größere Werte ein. Dass sich rein aus Strahlendurchgängen durch die optische Hauptebene überhaupt eine Kreisform ergeben kann, liegt übrigens daran, dass sich die Eisprismen in der Atmosphäre in allen möglichen Neigungswinkeln anordnen und somit aus allen Richtungen Strahlen über die optische Hauptebene zu uns gelangen.

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22°-Halo (Reykjavík, Island, 30.08.2004)
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Rechte Nebensonne (Mariazell, Österreich, 26.10.2013)
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Linke Nebensonne (Hohe Wand, Österreich, 25.10.2013)
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Rechte Nebensonne (Cockpit Flug Wien-Montreal, 19.09.2005)

 
NEBENSONNEN/NEBENMONDE
entstehen durch die BRECHUNG VON SONNEN-/MONDLICHT IN (MEIST HEXAGONALEN) EISPLÄTTCHEN AN ZWEI SEITENFLÄCHEN BEI SCHRÄGEM STRAHLENDURCHGANG

Plättchenförmige Eisteilchen richten sich in ihrer Fallbewegung überwiegend so aus, dass ihre Grundflächen nach unten und ihre Deckflächen nach oben weisen, da in dieser Lage der Luftwiderstand am stärksten angreift. Man findet sie, wie die prismenförmigen Eisteilchen, in sehr kalter Luft, auch nahe der Erdoberfläche, vor allem aber in dünnen, kalten hochliegenden Wolken mit regelmäßigem langsamem Kristallwachstum. Scheint die Sonne oder helles Mondlicht auf diese Partikel, so bilden sich in Sonnen- bzw. Mondhöhe zwei farbige Lichtflecke, einer links und einer rechts von Sonne/Mond, jeweils mit der roten Farbe innen, gefolgt von orange, gelb, grün und blau sowie diffusem weiß, welches manchmal auch in Form einer Spitze nach außen weist. Der Abstand zur Sonne bzw. zum Mond beträgt dabei während des Auf- und Untergangs knapp 22°, nimmt dann aber mit steigender Sonnen- bzw. Mondhöhe allmählich etwas zu. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Strahlendurchgang bei Sonne/Mond in Horizonthöhe, ähnlich dem 22°-Halo, noch in der optischen Hauptebene des Plättchens erfolgt. Nimmt jedoch die Sonnen- bzw. Mondhöhe zu, so neigt sich der Strahlengang immer stärker gegen die optische Hauptebene und die jeweiligen minimalen Ablenkungswinkel nehmen mit zunehmender Schräge immer größere Werte ein. Da sich Eisplättchen im Gegensatz zu Eisprismen in der Atmosphäre recht einheitlich anordnen und damit Farbüberlagerungen verschiedener Schrägwinkel ausbleiben, erscheinen die Nebensonnen/Nebenmonde meist farbenprächtiger als der 22°-Halo.

 
OBERER/UNTERER BERÜHRUNGSBOGEN
entstehen durch die BRECHUNG VON SONNEN-/MONDLICHT IN (MEIST HEXAGONALEN) EISSÄULCHEN AN ZWEI SEITENFLÄCHEN BEI SCHRÄGEM STRAHLENDURCHGANG

Säulchenförmige Eisteilchen richten sich in ihrer Fallbewegung überwiegend so aus, dass ihre Grund- und Deckflächen zur Seite weisen, da in dieser Lage der Luftwiderstand am stärksten angreift. Man findet sie, wie die prismen- und plättchenförmigen Eisteilchen, in sehr kalter Luft, auch nahe der Erdoberfläche, vor allem aber in dünnen, kalten hochliegenden Wolken mit regelmäßigem langsamem Kristallwachstum. Scheint die Sonne oder helles Mondlicht auf diese Partikel, so bilden sich am Ober- bzw. Unterrand des 22°-Halos vertikal über bzw. unter der Sonne oder dem Mond Lichtflecke, manchmal färbig, oft aber auch nur mit einem bräunlich-orangen Innenrand und einem diffusen weißen Schleier nach außen. Meist sind die Berührungsbögen farbschwächer als die Nebensonnen/Nebenmonde, da die Seitenflächen der Eissäulchen, durch welche der schräge Strahlengang erfolgt, in allen möglichen seitlich verdrehten Positionen vorhanden sind und sich daher verschiedene minimale Ablenkungswinkel miteinander vermischen. Der obere und untere Berührungsbogen zeigen sich bis zu einer Sonnen-/Mondhöhe von knapp 32°, wobei sie je nach Sonnen-/Mondhöhe recht unterschiedliche Formen entwickeln. Ab einer Höhe von etwa 32° tritt der umschriebene Halo an die Stelle der Berührungsbögen. Dabei handelt es sich um einen ellipsenförmigen, schwach bis mäßig färbigen Ring mit den großen Halbachsen parallel zur Erdoberfläche sowie Berührungspunkten an den 22°-Halo an dessen Ober- und Unterrand. Mit weiter zunehmender Sonnen-/Mondhöhe verringert sich allmählich die Exzentrizität der Ellipse und der umschriebene Halo nähert sich dem 22°-Halo an.

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Halo, Nebensonnen, Berührungsbogen (Ukonjärvi, 20.03.2006)
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Obere Lichtsäule (Ukonjärvi, Finnland, 11.03.2013)

 
OBERE/UNTERE LICHTSÄULE
entsteht durch die SPIEGELUNG VON SONNENLICHT AN DEN UNTER-/OBERSEITEN VON EISPLÄTTCHEN UND EISSÄULCHEN BEI FLACHEM LICHTEINFALL

Die obere Lichtsäule, die durch Reflexionen an den nach unten gerichteten Eiskristallflächen hervorgerufen wird, zeigt sich als schmaler gelb oder orange gefärbter vertikal ausgerichteter Streifen über der Sonne, welcher während der frühen Abend- bzw. späten Morgendämmerung auch in roter Farbe erscheint und dann oberhalb der bereits oder noch unter dem Horizont befindlichen Sonne über den Horizont hinaufreicht. Die untere Lichtsäule, zurückzuführen auf Reflexionen an den nach oben gerichteten Eispartikelflächen, befindet sich hingegen unter der Sonne und ist meist gelb gefärbt. Bei beiden Lichtsäulen handelt es sich jedenfalls um eine Anreihung von Spiegelbildern der Sonne, die durch Eisteilchen produziert werden, die sich entweder an verschiedenen Positionen befinden oder deren Spiegelungsflächen nicht ganz exakt parallel zur Erdoberfläche ausgerichtet sind, sondern etwas um diese Ruhelage pendeln. Je größer dann der Winkelbereich ausfällt, unter dem die Lichtstrahlen auf die Eiskristalle treffen, desto größer ist der vertikale Bereich, über welchen diese Spiegelbilder verteilt werden und desto länger sind folglich auch die Lichtsäulen. Da reine Spiegelungen keine Wellenlängenabhängigkeit zeigen, nehmen Lichtsäulen stets die Farbe der Sonne an.

 
HORIZONTALKREIS
entsteht durch die SPIEGELUNG VON SONNEN-/MONDLICHT AN DEN INNEREN/ÄUSSEREN SEITENFLÄCHEN VON EISPLÄTTCHEN UND EISSÄULCHEN

Der Horizontalkreis ist ein Ring oder Teil eines Ringes in der Farbe von Sonne bzw. Mond, welcher in Sonnen-/Mondhöhe parallel zum Horizont verläuft. Ähnlich wie bei den Lichtsäulen handelt es sich auch hier um eine Anreihung von Spiegelbildern von Sonne/Mond, welche in diesem Fall aber durch Eisteilchen zustande kommen, deren unterschiedlich gedrehte zur Seite gerichtete Flächen von den Sonnen- bzw. Mondstrahlen in verschiedenen Winkeln getroffen werden. Erfolgt die Reflexion an einer inneren Spiegelungsfläche, so kommt es davor und danach bei Ein- und Austritt aus dem Eiskristall auch noch zu Lichtbrechung. Da sich dabei die Dispersion des Lichts (Wellenlängenabhängigkeit der Lichtbrechung) nur unvollständig aufhebt, kann der Horizontalkreis fallweise eine schwache Färbung einnehmen.

 
46°-HALO
entsteht durch die BRECHUNG VON SONNEN-/MONDLICHT IN (MEIST HEXAGONALEN) EISPRISMEN AN EINER SEITEN- SOWIE EINER GRUND-/DECKFLÄCHE BEI STRAHLENDURCHGANG IN DER OPTISCHEN HAUPTEBENE

Wie beim 22°-Halo handelt es sich auch beim 46°-Halo um einen Ring oder Teile eines Ringes mit einem Radius um Sonne oder Mond von in diesem Fall knapp 46°. Er ist auf den Strahlendurchgang durch eine Seitenfläche sowie die Grund- oder Deckfläche des prismenförmigen Eisteilchens zurückzuführen, bei welchem der minimale Ablenkungswinkel für rotes Licht 45,2° und für violettes Licht 47,3° beträgt. Damit ist der 46°-Halo etwas breiter als der 22°-Halo. Er kommt aber viel seltener vor und leuchtet meist auch weniger intensiv. Gemeinsam ist den beiden ringförmigen Halos die schwache Färbigkeit, wonach nur der Innenrand wenigstens einen bräunlich-orangen Farbton erkennen lässt. Erscheint hingegen der 46°-Halo schön gefärbt, so handelt es sich mit hoher Wahrscheinlichkeit um eine Verwechslung mit dem sogenannten Supralateralbogen, auf den hier nicht näher eingegangen wird.

 
ZIRKUMZENITALBOGEN
entsteht durch die BRECHUNG VON SONNEN-/MONDLICHT IN (MEIST HEXAGONALEN) EISPLÄTTCHEN BEI STRAHLENDURCHGANG DURCH DIE DECK- SOWIE EINE SEITENFLÄCHE

Der Zirkumzenitalbogen ist ein äußerst farbenprächtiger, aus reinen Farben bestehender Halo, der nur bei einer Sonnen-/Mondhöhe unter 32° entsteht und bei einer Sonnen-/Mondhöhe von etwa 22° im Normalfall seine größte Helligkeit entfaltet. Sein Kreismittelpunkt ist der Zenit, zu sehen ist er aber nur auf einem relativ kurzen Teil des sonnen- bzw. mondzugewandten Kreisabschnittes in Form eines gekrümmten Bogens. Sein Abstand zur Sonne bzw. zum Mond beträgt entlang der Linie Sonne/Mond-Zenit etwa 48°. In der Farbabfolge befindet sich, vom Zenit aus betrachtet, violett innen, gefolgt von blau, grün, gelb, orange und rot.

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Zirkumzenitalbogen und Supralateralbogen (Tower Wien, 15.10.2005)
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Zirkumhorizontalbogen (Linz, Österreich, 03.07.2007)

 
ZIRKUMHORIZONTALBOGEN
entsteht durch die BRECHUNG VON SONNEN-/MONDLICHT IN (MEIST HEXAGONALEN) EISPLÄTTCHEN BEI STRAHLENDURCHGANG DURCH EINE SEITEN- SOWIE DIE GRUNDFLÄCHE

Der Zirkumhorizontalbogen ist ebenfalls ein äußerst farbenprächtiger Halo aus reinen Farben. Leider entsteht er erst ab einer relativ großen Sonnen-/Mondhöhe von 58° und kann dann unterhalb von Sonne/Mond häufig in Form von wunderschön gefärbten Eiswolken gesehen werden. Seine größte Helligkeit entfaltet er überhaupt erst bei einer Sonnen-/Mondhöhe von etwa 68°. Sein Kreismittelpunkt ist der Zenit, sein Abstand von der Sonne bzw. vom Mond beträgt etwa 48°. In der Farbabfolge befindet sich violett dem Horizont am nächsten, gefolgt von blau, grün, gelb, orange und rot.

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Zirkumhorizontalbogen bei einer Sonnenhöhe von knapp 65° (Detailaufnahme, Linz, Österreich, 03.07.2007)

 
WEITERE HALOERSCHEINUNGEN
Werden hier nicht beschrieben. Es sei aber auf eine sehr gute Zusammenstellung von Arbeitskreis Meteore e.V. hingewiesen.

 

Andreas Pfoser, 14. September 2014

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