Halo (Lichteffekt)

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mehrere Halo-Erscheinungen: 22°-Ring, zwei Nebensonnen, oberer Berührungsbogen, Parrybogen und Horizontalkreis
Kreisrunder-regenbogen-serfaus.jpg

Halo (Singular der Halo; Plural Halos oder Halonen) ist ein Sammelbegriff für Lichteffekte der atmosphärischen Optik, die durch Reflexion und Brechung von Licht an Eiskristallen entstehen.

Je nach Größe und Orientierung der Eiskristalle sowie dem Winkel, unter dem Licht auf die Kristalle trifft, entstehen an verschiedenen Stellen des Himmels teils weißliche, teils farbige Kreise, Bögen, Säulen oder Lichtflecken.

Etymologie[Bearbeiten]

Das Wort „Halo“ stammt ursprünglich vom griechischen (ἅλως) d. h. halos, das einen Lichtring um Sonne oder Mond („Halo“)[1][2] oder auch die Sonnen- oder Mondscheibe selbst[2] bezeichnete; weitere Bedeutungen des Wortes waren „Tenne“/„Dreschboden“ und „Scheibe“.[1]

Das griechische Wort wurde als halos ins Lateinische übernommen, und dessen Akkusativ halo gelangte ins Deutsche[3] und weitere Sprachen wie das Englische[2].

Äußere Voraussetzungen[Bearbeiten]

Wasser kristallisiert bevorzugt als dünne sechseckige Plättchen und kleine sechseckige Säulen

Damit Halos entstehen können, müssen die Eiskristalle möglichst regelmäßig gewachsen und durchsichtig klar sein. Meist bilden sie sich in großer Höhe von 8 bis 10 km und ihr Vorhandensein wird durch Cirruswolken angezeigt. Sie können sich aber im Winter auch in Polarschnee („diamond dust“), Eisnebel oder in der Nähe von Schneekanonen bilden. Die Regelmäßigkeit der Eiskristalle wird durch möglichst langsames Wachstum der Kristalle verursacht, das eine möglichst langsame Sättigung der Luft mit Wasserdampf voraussetzt.

Wasser kristallisiert im hexagonalen Kristallsystem. Dünne sechseckige Plättchen und kleine sechseckige Säulen sind die Eiskristallformen, die dabei am häufigsten vorkommen und hauptsächlich für die Bildung von Halos verantwortlich sind. Kleine Eiskristalle von wenigen Zehntel Millimeter können lange in der Luft schweben und nehmen dabei keine bevorzugte Orientierung in der Luft ein. Werden die Kristalle jedoch langsam größer, weisen sie eine entsprechend größere Sinkgeschwindigkeit auf und nehmen eine stabile Lage ein, verursacht durch symmetrische Wirbel an der der Fallrichtung abgewandten Seite. Dies ist in der Regel nur bei vertikaler Symmetrieachse möglich, weshalb die Kristalle durch ihre Form beim Fallen einen maximalen Luftwiderstand besitzen. Bei ruhiger Luft liegen somit die sechseckigen Plättchen dabei horizontal, ebenso wie die Längsachse der Säulen.

Das Sonnenlicht wird beim Eindringen in solche Eiskristalle gebrochen und tritt in Abhängigkeit von der Orientierung der Kristalle und dem Einfallswinkel des Lichts nach (mehrfacher) Reflexion im Inneren der Kristalle wieder aus. Beim Austritt wird es ein weiteres Mal gebrochen. Die Lichtbrechung ist dabei für die sichtbare Aufspaltung der Farben des Lichts verantwortlich. Die direkte Spiegelung des Lichts an den äußeren Kristallflächen spielt bei Haloerscheinungen eine untergeordnete Rolle.

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 Mond-Halos weiß erscheinen. Halos lassen sich unter obigen Bedingungen um nahezu jede stärkere Lichtquelle beobachten.

Darüber hinaus können sich auch auf schneebedeckten Flächen Eiskristalle bilden,[4] die bestimmte Arten von Halos hervorrufen.[5]

Arten von Halos[Bearbeiten]

Die wichtigsten Haloerscheinungen und ihre Lage am Himmel

Die Grafik oben zeigt die Lage von Haloerscheinungen am Himmel bei einem Sonnenstand von 25° Höhe. Die Darstellung ist nicht vollständig.

Halo-Erscheinung Beschreibung Entstehung Bemerkung
22°-Ring (1) Es handelt sich dabei um einen Ring, der vom Beobachter aus 22° entfernt von der Sonne oder dem Mond verläuft.[6] Der 22°-Ring entsteht an zufällig orientierten Eiskristallen in der Atmosphäre. Dies ist die häufigste Haloerscheinung.
Nebensonne (2) Zwei helle Lichtflecken links und rechts von der Sonne.[7] Entsteht an waagerecht schwebenden Eisplättchen. Tritt oft zusammen mit dem 22°-Ring auf (siehe auch Nebenmond).
Oberer & Unterer Berührungsbogen (3/4) / Umschriebener Halo Meist sind von den Berührungsbögen nur Teile als „Hörner“ zu sehen, die sich dann ab einer Sonnenhöhe von 32° zum umschriebenen Halo zusammenschließen.[8][9][10] Entsteht an horizontal schwebenden Eissäulchen.
Lichtsäule Eine Lichtsäule oberhalb oder unterhalb der Sonne.[11][12] Wird durch Lichtspiegelung (Reflexion) an waagerecht schwebenden Eisplättchen verursacht.
Horizontalkreis (5) Ein weißer Lichtkreis, der parallel zum Horizont verläuft. Er schneidet die Sonne.[13] Entsteht durch Lichtspiegelung oder -brechung an Eisplättchen oder -säulchen.
Zirkumzenitalbogen (6) Ein mondförmiger bunter Bogen, der nahe dem Zenit zu sehen ist.[14] Entsteht durch Lichtbrechung an waagerecht schwebenden Eisplättchen. Tritt oft in Verbindung mit Nebensonnen auf.
Zirkumhorizontalbogen Ein bunten Lichtbogen unterhalb der Sonne, der nur wenige Grad über dem Horizont zu sehen ist.[15] Entsteht, wie der Zirkumzenitalbogen, an waagerecht schwebenden Eisplättchen. Ist nur bei Sonnenhöhen von mehr als 58° sichtbar. Erregt bei Zufallsbeobachtung oft große Aufmerksamkeit.
46°-Ring (7) Ein Lichtring um die Sonne herum, der im Abstand von 46° verläuft.[16] Entsteht wie der 22°-Ring an zufällig orientieren Säulchen. Diese Haloerscheinung tritt sehr selten auf und setzt einen sehr hellen 22°-Ring voraus.
Untersonne (8) Ein weißer Lichtfleck, der unterhalb des Horizonts liegt.[17] Entsteht durch Reflexion an horizontal ausgerichteten Plättchenkristallen. Die Untersonne ist nur zu sehen, wenn man von einem Berg ins Tal blickt oder aus dem Flugzeugfenster schaut.
Supralateralbogen (9) Er bildet einen parabelförmigen Bogen oberhalb des 22°-Rings, dessen Scheitelpunkt auf dem Zirkumzenitalbogen liegt.[18] Entsteht an einfach orientierten Säulchen. Der Supralateralbogen verändert mit der Sonnenhöhe seine Gestalt. Er kann mit dem 46°-Halo verwechselt werden.[19]
Infralateralbogen (10) Der Infralateralbogen ist ein farbiger konvexer Bogen, der links oder rechts von der Sonne zu finden ist.[20] Entsteht an einfach orientierten Säulchen. Der Infralateralbogen verändert mit der Sonnenhöhe seine Gestalt. Die beiden Bögen berühren sich ab etwa 60° Sonnenhöhe.
Parrybogen (11) Der Parrybogen hat vier Ausprägungen und wird unterteilt in: Oberer/unterer konkaver/konvexer Parrybogen[21] Entsteht an doppelt orientierten Säulchen. Der Parrybogen ist eine der seltenen Haloarten.
Sonnenbogen (12) Der Sonnenbogen sieht aus wie eine Schleife und kreuzt dabei die Sonne wie ein „X“.[22] Entsteht an doppelt orientierten Säulchen. Diese Haloart ist sehr selten, kann aber häufiger im Eisnebel beobachtet werden.
Wegeners Gegensonnenbogen (13) Wegeners Gegensonnenbogen verläuft als Schleife innerhalb des Horizontalkreises. Dabei kreuzt er die Gegensonne und sein Scheitelpunkt liegt auf dem oberen Berührungsbogen.[23] Entsteht an einfach orientierten Säulchen. Diese Haloart ist sehr selten.
Unternebensonne (14) Die Unternebensonnen sind die Nebensonnen der Untersonne.[24] Entsteht an waagerecht ausgerichteten Plättchenkristallen. Kann nur unter dem Horizont beobachtet werden.
Unterhorizontalkreis (15) Verläuft ähnlich wie der Horizontalkreis unter dem Horizont.[25] Entsteht an waagerecht ausgerichteten Plättchenkristallen. Kann nur unter dem Horizont beobachtet werden. Sehr seltene Haloart.
Tapes Bogen (16) Erscheint als 4 V-förmige kurze Bögen, die den Supralateralbogen/Infralateralbogen berühren.[26] Entsteht an doppelt orientierten Säulchen. Sehr seltene Haloart.

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 sie 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.

Neben den oben genannten Arten gibt es noch einige seltener auftretende Haloarten, unter anderem die Trickers Gegensonnenbogen,[27] den 9°-Ring,[28] den Moilanenbogen[29] und die Gegensonne.[30]

Klassifizierung des Arbeitskreises Meteore e. V.[Bearbeiten]

Der Arbeitskreis Meteore e. V. hat eine Klassifizierung zur Bestimmung der einzelnen Haloarten entwickelt, den sog. Haloschlüssel. Im Haloschlüssel werden alle bekannten Haloarten, aber auch nicht geklärte Erscheinungen, erfasst.[31]

Bilder[Bearbeiten]

Physikalische Grundlagen des 22°-Rings[Bearbeiten]

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, 400 nm). 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[Bearbeiten]

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.

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Halo – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b Halo im Merriam-Webster (abgerufen 6. März 2010)
  2. a b c Halo im Online etymology dictionary (abgerufen 6. März 2010)
  3. Halo im Duden (abgerufen 6. März 2010)
  4. Artikel zu Schneedeckenhalos bei meteoros.de (abgerufen 16. Oktober 2015)
  5. Atmosphärisch-optische Erscheinung, beobachtet von Hrn. Langberg auf Wikisource – Historische Aufzeichnung eines Schneedeckenhalos
  6. 22°-Ring (abgerufen 17. Oktober 2015)
  7. Nebensonne (abgerufen 17. Oktober 2015)
  8. Oberer Berührungsbogen (abgerufen 17. Oktober 2015)
  9. Unterer Berührungsbogen (abgerufen 17. Oktober 2015)
  10. Umschriebener Halo (abgerufen 17. Oktober 2015)
  11. Obere Lichtsäule (abgerufen 17. Oktober 2015)
  12. Untere Lichtsäule (abgerufen 17. Oktober 2015)
  13. Horizontalkreis (abgerufen 17. Oktober 2015)
  14. Zirkumzenitalbogen (abgerufen 17. Oktober 2015)
  15. Zirkumhorizontalbogen (abgerufen 17. Oktober 2015)
  16. 46°-Ring (abgerufen 17. Oktober 2015)
  17. Untersonne (abgerufen 17. Oktober 2015)
  18. Supralateralbogen (abgerufen 17. Oktober 2015)
  19. Unterscheidung von 46°-Ring und Supralateralbogen
  20. Infralateralbogen (abgerufen 16. Oktober 2015)
  21. Parrybogen (abgerufen 17. Oktober 2015)
  22. Sonnenbogen (abgerufen 17. Oktober 2015)
  23. Wegeners Gegensonnenbogen (abgerufen 17. Oktober 2015)
  24. Unternebensonne (abgerufen 17. Oktober 2015)
  25. Unterhorizontalkreis (abgerufen 17. Oktober 2015)
  26. Tapes Bogen (abgerufen 17. Oktober 2015)
  27. meteoros.de 57
  28. meteoros.de 31
  29. atoptics.co.uk
  30. meteoros.de 17
  31. Haloschlüssel des AKM e. V. (aufgerufen 16. Oktober 2015)