Halo (Lichteffekt)

mehrere Halo-Erscheinungen: 22°-Ring, zwei Nebensonnen, oberer Berührungsbogen und Horizontalkreis

Halo (Singular: der Halo; Plural: Halos oder Halogone) 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

Das Wort „Halo“ stammt ursprünglich vom griechischen (ἅλως) d. h. halos, das einen Lichtring um Sonne oder Mond („Halo“)^[1] 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

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 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.

Arten von Halos

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

Halo-Erscheinung	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 (3)	Wird durch Lichtspiegelung (Reflexion) 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.
Supralateralbogen (nicht im Bild)	Der Supralateralbogen verändert mit der Sonnenhöhe seine Gestalt. Er kann mit dem 46° Halo verwechselt werden. Er ist jedoch deutlich farbiger, etwa wie ein Regenbogen, jedoch mit Rot auf der Innenseite. Daneben berührt er immer den Zirkumzenitalbogen. Er entsteht in schwebenden Säulenkristallen. Das Licht tritt dabei in die vertikale Basisfläche ein und an einer der Prismenflächen wieder aus. Da auch die Berührungsbögen des 22° Halos an schwebenden Säulenkristallen entstehen, kann auch das Vorhandensein eines stark ausgeprägten Berührungsbogens darauf hindeuten, dass es sich bei dem Bogen darüber um den Supralateralbogen handelt.[4]

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.

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  Halo in Ischgl: 22°-Ring, Nebensonne

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  Halo in Ischgl: 22°-Ring, Untersonne

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  22°-Ring, Berührungsbögen oben, zwei Nebensonnen und ein Horizontalkreis im Ansatz

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  22°-Ring am Mond

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  22°-Ring bei hochstehender Sonne, 17. August 2007, bretonische Küste

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  Umschriebener Halo und Zirkumhorizontalbogen in Tulum, Mexiko am 21. Mai 2008

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  Umschriebener Halo in Tulum, Mexiko am 21. Mai 2008

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  Umschriebener Halo in Arica, Chile

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  Zirkumzenitalbogen

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  22°-Ring, Nebensonnen und Horizontalkreis (auf Matschwitz im Montafon)

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  Unten 22° Halo mit Berührungsbogen, darüber vermutlich Supralateralbogen (oder 46° Halo) mit schwachem Ansatz des Zirkumzenitalbogens

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  Halo durch abgelagerte Eiskristalle auf zugefrorenem See, Sigtuna, Schweden

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, 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

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

• Korona
• Glorie
• Heiligenschein
• Brockengespenst

Weblinks

 Commons: Halo – Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

• Die Haloerscheinungen
• Haloerscheinungen
• Joseph von Fraunhofer: Theorie der Höfe, Nebensonnen und verwandter Phänomene mit Versuchen zur Bestätigung derselben (1825)

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} Halo im Merriam-Webster (abgerufen 6. März 2010)
   Halo im Online etymology dictionary (abgerufen 6. März 2010)
2. ↑ ^{a b} Halo im Online etymology dictionary (abgerufen 6. März 2010)
3. ↑ Halo im Duden (abgerufen 6. März 2010)
4. ↑ meteoros.de (abgerufen 18. März 2010)