Halo

Iz MaFiRaWiki

Haló je pogost optični pojav v ozračju, ki nastane zaradi loma in odboja sončne ali lunine svetlobe na ledenih kristalih, ki se navadno nahajajo v višjih legah ozračja. Pod tem imenom razumemo več pojavov, ki jih opazimo na nebu, med drugim krožni 22° halo, svetlobne stebre ter parhelij. Na nebu jih prepoznamo kot svetle obroče, loke ali zgolj lise, ki se najpogosteje nahajajo v bližini položaja Sonca na nebu, lahko pa tudi na drugih straneh neba.

Več halojev - 22°-halo (okoli), sončni psi (levo), in sončni lok (zgoraj). Slikano v Mürrenu v Švici
Enlarge
Več halojev - 22°-halo (okoli), sončni psi (levo), in sončni lok (zgoraj). Slikano v Mürrenu v Švici

Vsebina

Nastanek halojev

Vsi haloji so posledica loma in odboja sončne ali druge svetlobe na ledenih kristalih različnih oblik v ozračju. Ledeni kristali, ki botrujejo nastanku halojev, se navadno nahajajo v cirusih, 5-10 km nad Zemljinim površjem, ob hladnem vremenu pa jih najdemo tudi nižje. Kristali ledu različnih, a značilnih oblik usklajeno lomijo in odbijajo svetlobo v določenih smereh, kar opazimo kot svetle lise na nebu. V cirusu se nahaja na milijone kristalčkov in vsakega od njih lahko po lomu svetlobe razumemo kot izvor svetlobe na nebu.

Ledeni kristali

Vodni led na in nad Zemljinim površjem je skoraj izključno heksagonalni led. To pomeni, da se molekule vode v ledu uredijo v šestkotno obliko. Ko kristali ledu rastejo, v povprečju obdržijo šestkotno obliko in večina ledenih kristalov v ozračju ima obliko šestkotne prizme. Zato imajo vsi kristali na nebu v povprečju enake kote med ploskvami: 120° med ploskvami plašča šestkotne prizme in 90° med osnovnima ploskvama ter stranskimi ploskvami. Ledeni kristali niso vsi enakih dimenzij - nekateri so bolj podolgovati, drugi pa bolj sploščeni, vsem pa so skupni omenjeni koti.
Značilni obliki ledenih kristalov.
Enlarge
Značilni obliki ledenih kristalov.
Oblika kristalov je pomembna za lom svetlobe, saj bi se v kristalu drugačne oblike svetloba lomila v drugi smeri in haloji bi bili drugačnih oblik.

Pri lomu svetlobe za opazovalca ni pomembna zgolj oblika kristala, pač pa tudi njegova orientacija. Različno obrnjeni kristali lomijo vpadno sončno svetlobo v različnih smereh. Pogosto pride do skupinske ureditve ledenih kristalov podobnih oblik pod vplivom različnih sil (sila zračnega upora, gravitacijska sila), ki na njih delujejo v ozračju. Kristali različnih oblik se pod vplivom zunanjih sil orientirajo različno. Primer je ureditev podolgovatih kristalov pod vplivom gravitacijske sile Zemlje, ko se, zaradi nasprotne sile zračnega upora, podolgovati ledeni kristali orientirajo z glavno rotacijsko osjo proti površju Zemlje, ploščati pa padajo z veliko ploskvijo obrnjeno proti tlom, podobno kot listi z drevesa. Ta značilna ureditev orientacije ploščatih kristalov je razlog za pojav parhelija. Na podoben način kot gravitacija lahko v druge smeri kristale orientirajo različni zračni tokovi.

Vsi ledeni kristali na nebu pa ne vodijo do halojev. Če so ledeni kristali premajhni, to je manjši od 0,01 mm, se večina svetlobe ukloni in haloji so bodisi zelo šibki ali popolnoma neopazni. Za nastanek halojev so najbolj ugodni kristali velikosti med 0,05-0,1 mm, ki so še dovolj majhni, da so še pravilnih oblik. Z rastjo kristala nad 1 mm pa postajajo oblike kristalov vedno manj heksagonalne, kristali pa so zaradi večje mase tudi čedalje manj urejeni. Na ta način tudi velikost kristala omejuje nastanek halojev.

Pogosti haloji

22° halo

22° halo je najpogostejši izmed vseh halojev in je celo pogostejši atmosferni optični pojav kot mavrica. Na nebu ga opazimo kot svetel obroč, ki na kotni razdalji 22° stopinj obkroža Sonce.
Krožni halo v Indijski himalaji.
Enlarge
Krožni halo v Indijski himalaji.

22° haloji so opazni po celem svetu in skozi celo leto. Ne glede na položaj Sonca, so krožni haloji vedno enake velikosti na nebu, vendar pa ni nujno, da je vedno opazen celoten krožni obroč. Halo lahko zamešamo s korono, ki je prav tako vidna kot obroč okoli (delno) zastrtega Sonca. Vendar je korona mnogo manjša in posledica uklona svetlobe na kapljicah vode v atmosferi.

22° halo pa ne nastane nujno zaradi sončne svetlobe. Opazimo ga lahko tudi ponoči ob lunini svetlobi, še posebej v času polne lune in hladnega vremena. Ob dovolj hladnem vremenu lahko halo opazimo tudi ob uličnih svetilkah, če je le dovolj ustreznih ledenih kristalčkov v ozračju.

Nastanek

22º halo je najpogostejši, saj je posledica loma na ledenih kristalih, ki nimajo preferenčne smeri orientacije. Ključno pri razumevanju pojava je, da morajo biti osi kristalov, ki lomijo svetlobo, ki jo zaznamo kot halo, še zmeraj približno pravokotni glede na sončne žarke, tako, da žarki prehajajo skozi stranske ploskve heksagonalnih kristalov.
Lom (in disperzija) svetlobe pri prehodu skozi šestkotno prizmo.
Enlarge
Lom (in disperzija) svetlobe pri prehodu skozi šestkotno prizmo.
Pri takem prehodu skozi heksagonalni kristal je izstopni kot žarka glede na vstopnega nekje med 22° in 50°. Največ kristalov je orientiranih tako, da so izstopni žarki lomljeni za 22° glede na vstopne, zato z očesom zaznamo najsvetlejšo svetlobno liso ravno 22° proč od Sonca. Ker se noben žarek ne mora lomiti pod manjšim kotom, je notranja meja 22° haloja ostra. Zaradi razlike v lomnih količnikih različnih valovnih dolžin svetlobe, je notranji rob haloja rdeče obarvan, ki z oddaljevanjem od sonca preko rumene in zelene preide v modro.

Sončni psi

Sončni psi ali parhelij je halo, ki ga na nebu pogosto opazimo skupaj z 22° krožnim halojem. Opazen je kot dve močnejši svetlobni lisi s podaljškoma v horizontalni legi krožnega haloja. Pogosto sta ti dve lisi, poimenovani sončni psi, veliko bolj opazni na nebu, kot pa sam krožni halo.
Parhelij ob sončnem zahodu v okolici New Ulm, MN.
Enlarge
Parhelij ob sončnem zahodu v okolici New Ulm, MN.

Kot 22° halo je tudi parhelij opazen po celem svetu in ob vseh urah dneva, vendar je bolj verjetno, da ga bomo opazili ob sončnem vzhodu in zahodu. Poleg tega je pogosteje opažen v zimskem času oziroma v hladnejših podnebjih bližje zemeljskim polom. Tudi sončne pse lahko povzroči mesečina, kar se po analogiji imenuje lunini psi.

Nastanek

Parhelij je navadno posledica loma svetlobe na močno ploščatih šestkotnih prizmah, ki so kot listi, ko padajo z drevesa orientirani tako, da so njihove osnovne ploskve horizontalne. Sončni žarki vpadajo skozi stranske ploskve takšne nizke prizme in se v njej dvakrat lomijo. Ko prizmo zapustijo, so žarki nagnjeni najmanj 22° glede na vstopni žarek.
Lom svetlobe pri prehodu skozi ploščato heksagonalno prizmo. Tako nastanejo sončni psi.
Enlarge
Lom svetlobe pri prehodu skozi ploščato heksagonalno prizmo. Tako nastanejo sončni psi.
Ker so šestkotne prizme pod vplivom gravitacijske sile orientirane vzporedno s horizontom opazovalca, bo ta opazil zgolj svetlobo, ki se je lomila na kristalih, ki se nahajajo na enaki višini nad obzorjem kot Sonce. Iz istega razloga je parhelij tem bolje viden tem nižje je Sonce - torej pri sončnem vzhodu in zahodu. Tedaj se sončni psi nahajajo tudi najbližje položaju Sonca, to je na kotni razdalji 22° in izgledajo kot direktni podaljški morebitnega 22° haloja. Ob ostalih urah dneva lahko še zmeraj opazimo sončne pse, ki pa se nahajajo nekoliko bolj proč od Sonca. Včasih je opaziti, da imajo sončni psi nekoliko bolj rdeč notranji rob, kar je posledica disperzije svetlobe pri dvokratnem lomu v prizmi. Ker je lomni količnik ledu za rdečo svetlobo (valovna dolžina 660 nm, n = 1.306) nekoliko manjši od lomnega količnika za zeleno (valovna dolžina 550 nm, n = 1.311) in modro svetlobo (valovna dolžina 410 nm, n = 1.317) se bodo lomile pod različnimi koti pri čemer bo kot za rdečo svetlobo najmanjši.

Svetlobni steber

Zgornji sončev steber. Sonce je pod obzorjem.
Enlarge
Zgornji sončev steber. Sonce je pod obzorjem.
Svetlobni steber je halo, ki ga na nebu opazimo kot svetlo liso, ki se razteza navpično pod ali nad Soncem. Razlog za njegov nastanek so ledeni kristali, ki niso nujno visoko v ozračju, saj ga lahko opazimo že ob drobnem snegu.
Odboj na kristalih, ki povzroči nastanek zgornjega in spodnjega sončnega stebra.
Enlarge
Odboj na kristalih, ki povzroči nastanek zgornjega in spodnjega sončnega stebra.
Navadno opazovalec kot svetlobni steber zazna svetlobo Sonca po odboju na ploščatih kristalih v ozračju. Ker gre za odboj se valovna dolžina in s tem barva vpadne svetlobe ne spremeni, zato svetlobne stebre vedno opazimo v enaki barvi kakor Sonce ob tisti uri dneva. Svetlobne stebre opazimo kadar je Sonce nizko nad ali malo pod obzorjem.

Nastanek

Svetlobni steber nastane zaradi odboja svetlobe na zunanji ploskvi nagnjenih ledenih kristalov. Kristali niso nujno pravilnih heksagonalnih oblik kot pri ostalih vrstah haloja, imeti morajo le eno pravilno obrnjeno ravno ploskev. Kadar imajo kristali obliko pravilne šestkotne prizme, del svelobe vstopi vanje skozi stransko ploskev in po lihem številu odbojev od osnovnih ploskev prizme izstopi skozi nasprotno stransko ploskev. Ker je lom pri vstopu in izstopu enak, so svetlobni stebri barve sonca in ne ločimo posameznih valovnih dožin svetlobe kot pri mavrici in drugih vrstah haloja.
Svelobni stebri nad krajem Laramie v Wyomingu v hladni zimski noči.
Enlarge
Svelobni stebri nad krajem Laramie v Wyomingu v hladni zimski noči.

Svetlobni steber je sestavljen iz spodnjega in zgornjega stebra. Spodnji se nahaja pod soncem in je najbolje viden kadar je sonce nekaj stopinj nad obzorjem. Bolj kot se sonce spušča, šibkejši postaja spodnji steber in močnejši postaja zgornji steber, ki se nahaja nad soncem. Slednji je zelo svetel tudi takrat, ko je sonce pod obzorjem. Svetlost stebra se spreminja, ker je večina ledenih kristalov orinetirana s ploskvami vzporedno tlem, kar povrzroči, da se več žarkov od njih odbije, ko jih Sonce obsije pod večjim kotom.

Svetlobne stebre lahko poleg sončne svetlobe povzroči tudi sij Lune ali Venere, ob nizkih temperaturah pa jih lahko opazimo tudi nad močno osvetljenimi urbanimi središči.

Sončni lok

Na sliki so vidni krožni 22º halo, sončna psa na obeh straneh smučarja in sončni lok nad njim.
Enlarge
Na sliki so vidni krožni 22º halo, sončna psa na obeh straneh smučarja in sončni lok nad njim.
Sončni ali tangentni lok je halo v obliki loka, ki se pojavi direktno nad ali pod soncem in se tangentno dotika 22º haloja. Pojavlja se, kadar je sonce manj kot 29º nad obzorjem. Ko se sonce dvigne nad mejo 29º se zgornji in spodnji lok združita v en sam halo, ki očrta 22º krožni halo. Kadar je sonce nižje od 22º spodnjega loka ni mogoče opaziti, razen z gora ali letala.

Nastanek

Prehod svetlobe skozi horizontalni paličasti kristal, ki povzroči nastenek zgornjega (zelen žarek) oz. spodnjega (rdeč žarek) sončnega loka.
Enlarge
Prehod svetlobe skozi horizontalni paličasti kristal, ki povzroči nastenek zgornjega (zelen žarek) oz. spodnjega (rdeč žarek) sončnega loka.

Sončni lok nastane, kadar se v cirusih izoblikujejo paličasti ledeni kristali, ki so orientirani z daljšo simetrijsko osjo horizontalno. Svetloba vpade skozi stransko ploskev kristala, se ukloni in ga zapusti skozi drugo stransko ploskev nagnjeno za 60º glede na vstopno ploskev. Najmanjši možni kot odklona po dveh lomih je 22º, kar je razlog da se sončni lok dotika 22º haloja. Ker pa se svetloba lahko ukloni tudi pod večjimi koti se izoblikuje značilna oblika loka, ki spominja na galebja krila.

Viri

Osebna orodja