Beim 22° Ring handelt es sich um die häufigste Haloerscheinung

Wie schon der Name sagt handelt es sich hier um einen Lichtring mit einem Radius von 22°. Wie kommt man nun auf die Einteilung „Grad“?
Man kann sich das Himmelgewölbe als eine riesige Halbkugel vorstellen. Diese ist in Koordinaten eingeteilt, in 360°. Von Nord bis Süd 180° und von Süd bis Nord 180°. Von Nord bis Ost sind es also 90°, von Ost bis Süd 90° usw. Nun kann man in der Einteilung immer weiter runter gehen. 1° entspricht 60’ (Bogenminuten), 1’ wiederum 60’’ (Bogensekunden). Der Vollmond hat beispielsweise einen Durchmesser von 30’, einem halben Grad. Dies ist der Winkel des Objektes auf der Kreisbahn. Ein Maßinstrument zum Messen von Winkeln am Himmel trägt jeder Mensch mit sich herum: Bei ausgestrecktem Arm entspricht der Durchmesser des Daumens etwa 1° am Himmelsgewölbe. Bei gespreizter Hand ergibt der Abstand zwischen Daumen und kleinem Finger etwa einen Winkel von 22°. So kann man auch leicht überprüfen, ob es sich bei einer Haloerscheinung um den 22° Ring handelt.

Beim 22° Ring ist der Innenrand scharf begrenzt, der äußere Rand zeigt oft keine klare Begrenzung. Der Innenrand besteht aus einem schmutzigen rotbraun und endet in einem bläulichen oder weiß verwaschenen äußeren Rand. Oft ist der Ring aber einfach nur weiß, dies kommt durch die Überlagerung der Farben zustande. Die Dicke des Rings beträgt je nach Qualität der Eiskristalle zwischen 2° und 3,5°.
Oft ist der 22° Ring auch nicht vollständig, es sind dann nur einzelne Fragmente (Teile, Stücke) der Erscheinung sichtbar. Damit der 22° Ring vollständig möglich ist, muss die Sonne theoretisch mindestens 22° über dem Horizont stehen.
Der 22° Ring gehört zu den am längsten sichtbaren Haloerscheinungen. Bei entsprechender Wetterlage, kann er über Stunden hinweg sichtbar sein.
 

Entstehung:

Cirruswolken, die aus Eiskristallen bestehen, sind in großer Höhe vorhanden (meist 8-11 km). In diesen Höhen herrscht meist eine niedrige Temperatur. „Die Kristalle bilden sich durch Anlagern von Wasserdampf an in der Luft schwebende Staubteilchen bei Temperaturen unter -6° C.“ [aus: Schlegel, Vom Regenbogen zum Polarlicht², S. 44]. Die Eiskristalle haben normalerweise eine hexagonale Form, das heißt sie haben 6 Ecken und sind häufig Plättchen- und Säulenkristalle.

Abb. 2a Säulenkristall		Abb. 2b Plättchenkristall

Die Entstehung des 22° Ring ist in etwa die gleiche wie die eines Regenbogens. „Ein Lichtstrahl dringt durch eine Seitenfläche einer liegenden Eiskristallsäule ein, wird an dieser Stelle gebrochen, breitet sich geradlinig im Kristall aus und tritt ebenfalls unter Brechung an der übernächsten Kristallfläche wieder aus.“ [aus: Schlegel, Vom Regenbogen zum Polarlicht², S. 45].

Der 22° Ring entsteht an willkürlich orientierten Eiskristallen, das heißt, dass die Eiskristalle in der Wolke nicht gleichmäßig orientiert sind, sondern alle eine andere Lage aufweisen. Dies ist für die Entstehung des 22° Rings allerdings unerheblich. Bei willkürlich orientierten Eiskristallen ergeben sich verschiedene Einfallswinkel, das Licht wird somit in alle möglichen Richtungen gebrochen, und tritt unter völlig verschiedenen Winkeln wieder aus. Allerdings kommen Winkel < 22° nicht vor. Genau bei 22° Austrittswinkel häufen sich also die Strahlen (Abb. 3). Hier ist nun der Halo zu beobachten.
Abbildung 4 zeigt die Lichtkonzentration beim Einfall vieler Strahlen (durch Drehung des Kristalls realisiert):

Lichtbrechung bedeutet, dass das Licht der Sonne oder des Mondes beim Eindringen in das Eiskristall in seine einzelnen Spektralfarben zerlegt, also gebrochen wird. Rot wird hierbei weniger gebrochen als Blau. Somit ist klar, warum Rot am Innenrand, und Blau am Außenrand auftaucht.
Wie kommt es nun aber zum Ring? Hierzu Abb. 5:

„...Natürlich liegen die Eiskristalle nicht nur auf dem gezeichneten Kreis und auch nicht nur in der gezeigten Anordnung. Ein Beobachter sieht aber wegen der 22°-Lichtablenkung nur die Wirkung der Kristalle, die genau in dieser Anordnung auf dem gezeichneten Kreis liegen. Von den Millionen Eiskristallen in einer Wolke gibt es immer genügend, die genau diese Bedingung erfüllen...“ [aus: Schlegel, Vom Regenbogen zum Polarlicht², S. 46-47]. Mehr zum 22° Ring

22° Nebensonnen:

Die Nebensonnen sind die zweithäufigste Haloart.

Nebensonnen sind farbige Lichtflecke links und rechts der Lichtquelle. Sie stehen parallel zur Lichtquelle. Wie der Name schon sagt, sind Nebensonnen vor allem an der Sonne sichtbar, sie können aber auch am Mond vorkommen, dann heißen sie Nebenmonde. Der Abstand der Nebensonnen zur Sonne variiert mit dem Sonnenstand. Bei Sonnenaufgang, liegen die Nebensonnen genau auf dem 22° Ring (daher auch der Name: 22° Nebensonnen). Mit steigender Sonne, entfernen sich die Nebensonnen immer mehr. Bei einer Sonnenhöhe von 40°, haben die Nebensonnen schon einen Abstand von 27,6° zur Sonne.

Nebensonnen können sehr hell werden und haben oft sehr reine Farben. Zur Sonne hin rot, enden sie manchmal in einem reinen blau, oder sie haben einen weißen Schweif. Aufgrund dieser Eigenschaften fallen die Nebensonnen manchmal auch Laien auf.

Entstehung:

Die Nebensonnen entstehen an Plättchenkristallen. Die Plättchenkristalle müssen horizontal ausgerichtet sein, dies ist der Fall, wenn die Kristalle ungestört fallen können. Das Ablenkung des Lichtes beträgt bei einer Sonnenhöhe von 0°, 22°, genau wie beim 22° Ring. „Weil die Plättchen dünn und horizontal ausgerichtet sind, sieht man statt eines Bogens jedoch nur zwei helle Flecke rechts und links von der Sonne...“ [aus: Schlegel, Vom Regenbogen zum Polarlicht², S. 51]. Die horizontale Ausrichtung der Plättchen sorgt auch für den größeren Abstand der Nebensonnen bei steigender Sonnenhöhe. Bei höher stehender Sonne ändert sich die Minimalablenkung und wird > 22°. Somit lässt sich erklären, warum sich die Nebensonnen bei steigender Sonne von dieser entfernen. Mehr zu den 22° Nebensonnen

Oberer- und unterer Berührungsbogen zum 22° Ring/Umschriebener Halo:

Hier haben wir es gleich mit 3 Haloerscheinungen zu tun, die zusammen etwa 11% aller zu beobachtenden Erscheinungen ausmachen.
Die Erscheinung der Berührungsbögen ist stark von der Sonnenhöhe abhängig. Bis zu einer Sonnenhöhe von 32° sind der obere und untere Berührungsbogen zum 22° Ring sichtbar. Sie erscheinen dann meist als Aufhellungen im vertikal zur Sonne stehenden Teil des 22° Rings. Wenn sie vollständig sichtbar sind, bilden sie lange Arme. Mit zunehmender Sonnenhöhe wenden sich diese Arme immer mehr dem 22° Ring zu. Ab einer Sonnenhöhe von 32° fallen die beiden Berührungsbögen zum umschriebenen Halo zusammen. Dieser bildet ein Oval, welches den 22° Ring umspannt, also umschreibt. Folgende Abbildung (Abb.6) zeigt die verschiedenen Phasen vom Berührungsbogen zum umschriebenen Halo:

Abb.6, Grafik aus: [Handbuch der Geophysik, Band VIII, S.1045]

Aus der Grafik wird deutlich, dass der untere Berührungsbogen fast immer unter dem Horizont steht, erst bei einer Sonnenhöhe ab 22° wandert er über den Horizont, bei einer Sonnenhöhe von 32° verschmilzt er aber schon mit dem oberen Berührungsbogen zum umschriebenen Halo. Deshalb ist der untere Berührungsbogen fast nur von hochgelegenen Standorten (aus dem Flugzeug oder von einem Berg) aus sichtbar. Er hat in der Halo-Statistik nur einen winzigen Anteil von weniger als 1 % an allen Beobachtungen.
Der obere Berührungsbogen hingegen ist häufiger zu beobachten. Vor allem im Winter, wenn der umschriebene Halo aufgrund der niedrigen Sonnenhöhe nicht entstehen kann. Bei niedrigem Sonnenstand kann er sich prächtig entfalten. Der Raum zwischen den beiden Armen ist manchmal weiß gefärbt.
Der umschriebene Halo ist vor allem im Sommer sichtbar. Bei großen Sonnenhöhen ist es allerdings nicht mehr ganz leicht den 22° Ring und den umschriebenen Halo zu unterscheiden. Wenn die Sonne im Zenit (arabisch: Scheitelpunkt [des Himmels]) steht, fallen 22° Ring und umschriebener Halo zusammen. Der umschriebene Halo tritt oft zusammen mit dem 22° Ring auf. Manchmal allerdings sind Teile des umschriebenen Halos ohne den 22° Ring sichtbar, dann wird er oft mit dem 22° Ring verwechselt.
Die 3 Haloarten können aufgrund der gleichen Entstehungsweise zusammengerechnet werden, und machen somit zusammen noch rund 11% aller Beobachtungen aus.

Oberer Berührungsbogen zum 22° Ring bei niedriger Sonnenhöhe. Bild: © Michael Ellestad, USA

Entstehung:

Oberer- und unterer Berührungsbogen, sowie der umschriebene Halo haben die gleiche Entstehung.
Wie bei den Nebensonnen sind hier horizontal ausgerichtete Kristalle die Ursache. Allerdings handelt es sich hier nicht um Plättchen, sondern um Säulenkristalle. Das Licht nimmt den gleichen Weg, wie bei 22° Ring und Nebensonnen: Es tritt in die eine Prismenfläche ein und an der übernächsten wieder aus. Mehr zu den Berührungsbögen / dem umschriebenen Halo
 

Lichtsäulen:

Die Lichtsäule ist eine farblose Säule die sich über und unter der Sonne bis zu einer Länge von etwa 20° erstrecken kann. Man kann die Lichtsäule auch als „Lichtschwert“ bezeichnen. Sie tritt nur bei niedrigen Sonnenhöhen auf, oft unter 10°, selten bis 30° Sonnenhöhe. Deshalb ist die obere Lichtsäule meist kurz nach Sonnenuntergang sichtbar, und nimmt dann aufgrund der Lichtstreuung eine rötliche Färbung an. Sie kann hell werden. Außerdem wird sie manchmal im Winter bei Eisnebel oder Eisregen auch an irdischen Lichtquellen beobachtet. Vor allem an Straßenlaternen, aber auch an Autoscheinwerfern. In seltenen Fällen ist sie dann auch über größere Entfernungen sichtbar, weshalb sie schon für „Ufos“ gehalten wurde.
Die untere Lichtsäule ist nur selten sichtbar, weil die Sonne meist zu stark blendet, und die Erscheinung verblassen lässt.

Entstehung:

Die Lichtsäule entsteht, im Gegensatz zu den bisher besprochenen Halos, durch Spiegelung des Lichtes an Eiskristallen. Hierbei dringt das Licht nicht in die Eiskristalle ein und wird gebrochen. Die Eiskristalle wirken wie ein Spiegel. Lichtsäulen können sowohl an Plättchenkristallen als auch an Säulenkristallen entstehen. Die folgende Abbildung veranschaulicht die Entstehung der Lichtsäule:

Abb.7, Grafik aus: [Schlegel, Vom Regenbogen zum Polarlicht², S. 54]

Das Licht trifft fast streifend auf das Eiskristall. Es dringt nicht in das Eiskristall ein, sondern wird reflektiert, also zur Sonne zurück gespiegelt. Da das Eiskristall eine leicht geneigte Lage zur Sonne hin hat, wird das Licht knapp über die Sonne reflektiert. Natürlich müssen zur Entstehung Millionen von Eiskristallen vorhanden sein. Alle haben eine andere Lage zum Raum, sodass das Licht nicht nur an einer Stelle zurück reflektiert wird, sondern eben bis zu einigen Grad über die Sonne. Im Beispiel wird das Licht an der Unterseite des Eiskristalls reflektiert. Tritt die Reflektion nun an der Oberseite ein, entsteht die untere Lichtsäule. Es wird für den Beobachter nur das Licht der Eiskristalle reflektiert, welches sich auf der Linie Beobachter – Sonne (bzw. Lichtquelle) befindet. Mehr zu Lichtsäulen
 

Zirkumzenitalbogen:

  Zirkumzenitalbogen im Juni 2001


Der Zirkumzenitalbogen (folgend ZZB genannt), hat nach der Auswertung rund 6% Anteil an allen Haloerscheinungen. Er wird von vielen Beobachtern als die prächtigs-te Haloart angesehen. Vor allem die reinen Farben und die z.T. extreme Helligkeit sind Merkmale des ZZB. Aus dem Namen kann man schon Schlüsse auf die Lage der Erscheinung am Himmel ziehen. „Circum“ komm aus dem Lateinischen und heißt soviel wie „um…herum“. Es handelt sich also um eine Erscheinung „um den Scheitelpunkt des Himmels herum“. Eigentlich handelt es sich beim ZZB um einen Kreis, jedoch ist nur ein Teilstück sichtbar – ein Bogen. Der Scheitelpunkt des ZZB liegt 48° über der Sonne, hat also mehr als die doppelte Entfernung wie der 22°. Der ZZB kann nur bis zu einer Sonnenhöhe von 32° entstehen. Am besten ist er bei Sonnenhöhen von 15° bis 25° sichtbar.


Entstehung:

Der ZZB entsteht an horizontal ausgerichteten Plättchenkristallen, also genau so wie die 22° Nebensonnen. Allerdings tritt das Licht nicht an den Seitenflächen des Kristalls ein, sondern an der Basisfläche. Das Licht wird um 90° gebrochen und tritt somit an einer Seitenfläche wieder aus.
Wenn Nebensonnen sichtbar sind, ist mit großer Wahrscheinlichkeit auch der ZZB zu erkennen, beide Haloerscheinungen entstehen schließlich an horizontal ausgerichteten Plättchenkristallen. Mehr zum Zirkumzenitalbogen

Seltene Haloerscheinungen:

Neben den häufigen Haloarten, gibt es auch noch eine Reihe von selten sichtbaren Erscheinungen. Von machen existieren nur wenige Sichtungen, bei anderen wird wiederum deren Existenz angezweifelt. Es handelt sich hier um rund 40 weitere Erscheinungen, die aber zusammen nur ca. 5 % aller Beobachtungen ausmachen.
Den größten Anteil hat hierbei der Horizontalkreis. Ein gigantischer weißer Ring der durch die Sonne geht – wie die Lichtsäule handelt es sich hier um ein Spiegelungshalo. Des weiteren noch der 46° Ring, der große Bruder des 22° Ring. Auch dieser Ring ist farbig. Der Anteil an allen Erscheinungen beträgt jedoch nur 1,5 %. Er entsteht durch 90° Brechung an willkürlich ausgerichteten Eiskristallen.
Im Sommer ist manchmal der Zirkumhorizontalbogen zu sehen – das Gegenstück zum ZZB. Von Bergen und Flugzeugen aus erscheint oft die Untersonne.
Je seltener die Erscheinungen werden, desto komplizierter die Entstehungsweisen. An pyramidalen Eiskristallen können die seltenen 9°-, 18°-, 20°-, 23°- und 35° Ringe entstehen. Zu nennen sind noch seltene Nebensonnen mit Abständen von 9°, 18°, 46°, 66°, 90°, 120°, 150°-160° und 180° (auch Gegensonne genannt). Diese Haloarten sind allerdings nur sehr selten sichtbar und meist nicht sehr hell.
Die seltenen Erscheinungen entstehen meist durch mehrfache Reflektion und Brechung an/in den Eiskristallen.

Bilder von seltenen Haloerscheinungen:

Teilstück eines Horizontalkreis, 11. August 2000 Der Horizontalkreis ist ein überdimensionaler weißer Streifen der die Sonne parallel zum Horizont umspannt. Er durchläuft die Sonne und sämtliche  Nebensonnen. Oft sind nur Teile sichtbar. Dieser Spiegelungshalo entsteht an Plättchen- und Säulenkristallen. Der Horizontalkreis macht in der Statistik rund 1,5% aller Haloerscheinungen aus. Mehr zum Horizontalkreis

Teilstücke vom Zirkumhorizontalbogen, Juli 2001 Der Zirkumhorizontalbogen (kurz ZHB) ist das Gegenstück zum Zirkumzenitalbogen (ZZB). Er erstreckt sich als farbiges Bogenstück unterhalb der Sonne. Damit der ZHB entstehen kann, muss die Sonne mindestens 57,8° über dem Horizont stehen. In nördlichen Breiten ist dies nur im Sommer, um die Mittagszeit der Fall. Hilfreich ist es, von einem Berg aus zu beobachten - hier steigen die Chancen diese seltene Haloerscheinung zu erleben. Bisher wurde der ZHB nur selten in Deutschland beobachtet. Der ZHB entsteht in ähnlicher Weise wie der ZZB an schwebenden Eiskristall-Plättchen. Mehr zum Zirkumhorizontalbogen

Helle Gegensonne mit Horizontalkreis, 10. Juni 2001 Die 180° Nebensonne steht der Sonne genau gegenüber und wird deswegen auch Gegensonne genannt. Die Entstehungsweisen ist noch nicht endgültig geklärt. Mehr zu ungewöhnlichen Nebensonnen

Auf dem Bild ist ein Untersonne, sowie eine rechte Unternebensonne zu erkennen. Beide stehen unterhalb des Horizonts, aufgenommen aus dem Flugzeug, September 2000 Die Untersonne liegt genau so tief unter dem Horizont, wie die Sonne über ihm steht. Das gleiche gilt für die Unternebensonne die, genau wie die normalen Nebensonnen, auch farbig ist. Die Untersonne ist wie z.B. die Lichtsäule, ein Spiegelungshalo. Mehr zur Untersonne und Unternebensonnen