|
Je hebt ze ooit al eens
opgemerkt: kleurrijke bogen en lichtvlekken aan de hemel. Ze maken
deel uit van de wondere wereld van de atmosferische optische
verschijnselen.
Diverse optische verschijnselen worden zichtbaar
doordat het zon- of maanlicht op verscheidene oppervlakten wordt
gebroken, gebogen of teruggekaatst.
Dit gebeurt voornamelijk op ijskristallen en waterdruppels in de lucht, maar
ook stof in de atmosfeer kan licht verstrooien (zoals stof van meteoren, stuifmeel,
luchtverontreiniging of vulkaanstof).
Wij beperken ons hier tot ijskristallen en waterdruppels.
Breking, reflectie en buiging van een lichtstraal aan een kristal.
Breking en kleurschifting
In dit proces valt het witte zonlicht (samengesteld uit alle kleuren van
de regenboog) in op een
ijskristal. Het licht wordt gebroken omdat de lichtstraal in een
ander medium terecht komt (van lucht in ijs), en beide stoffen hebben een
verschillende optische dichtheid. Wanneer de lichtstraal het ijskristal opnieuw
verlaat, komt hij weer in lucht terecht, waardoor er opnieuw breking zal
optreden.
Reflectie (weerkaatsing)
IJskristallen kunnen het licht ook inwendig gaan weerkaatsen zonder dat
er kleurschifting plaatsvindt.
Buiging
Het licht kan ook gebogen worden langs de randen
van kleine druppeltjes of kristallen. Ook hier vindt kleurschifting
plaats.
Haloverschijnselen door ijskristallen
IJs vormt zeshoekige kristallen.
Deze ijskristallen kunnen voorkomen in de vorm van naaldjes,
plaatjes
of een samengestelde vorm hiervan.
De verschillende vormen van ijskristallen.
De ijskristallen kunnen keurig geordend zijn, of
chaotisch door elkaar liggen. Ze kunnen stil door de lucht drijven,
of ze kunnen bewegen en ronddraaien.
Afhankelijk van de brekingshoek en de stand van het kristal
krijgen we een andere halo. Dit wordt aangegeven in onderstaande tabel.
Zichtbare halo naargelang de aanwezige kristallen, hun oriëntatie en de brekende hoek.
Op onze breedte vinden we
ijskristalletjes terug in hoge wolken in de troposfeer, zoals
bij voorbeeld cirrus-, cirrostratus- en cirrocumuluswolken. In de zomer kunnen
ze zich ook ontwikkelen op de hoge toppen van donderwolken (cumulonimbus).
Cirrus-, cirrostratus-, cirrocumulus- en cumulonimbuswolken.
Om halo's te zien zijn volgende eigenschappen belangrijk:
- de zonshoogte;
- de aanwezige ijskristallen;
- de stand van de ijskristallen in de lucht;
- de aard van de optische werking (reflectie, breking, buiging of herhaaldelijke terugkaatsing).
De meest voorkomende halo's veroorzaakt door ijskristallen.
De zwakker getekende halo's zijn minder frequent.
Kleine kring
De kleine kring is de meest
voorkomende halo. Dit komt omdat de verantwoordelijke zeszijdig
naaldvormige ijskristalletjes willekeurig
georiënteerd mogen zijn. Hierdoor wordt het licht langs alle
kanten gebroken en verlaat het het kristal onder een minimale deviatie
van 22°. Vandaar dat deze kring voor onze ogen zichtbaar wordt op
een hoek van 22° van de lichtbron. Soms is de boven- en
onderkant van deze kring toch ietwat helderder en kleurrijker dan de
rest van de kring. Een verklaring hiervoor moeten we zoeken in
de atmosferische toestand. Om de kleine kring te kunnen zien, hoef je
immers geen rustige atmosfeer te hebben (wat voor een heel pak halo's
wel het geval is). Is dat wel het geval dan hebben deze naaldvormige
ijskristalletjes toch de neiging om hun hoofdas horizontaal te leggen
(denk aan een vallend grassprietje). Hierdoor zullen er meer
zonnestralen gebroken worden langs de bovenkant en onderkant van het
kristal. Merk ook op hoe de hemel binnen de kleine kring er dikwijls
donkerder uitziet dan daarbuiten.
Bijzonnen
Deze soms oogverblindende
vlekken aan weerszijden van de zon zijn het resultaat van
lichtbreking in zeshoekige platte en horizontaal georiënteerde
ijskristalletjes. Je leest het al: er zijn al iets meer voorwaarden
om deze halo's te zien in vergelijking met de kleine kring.
Opdat de kristallen zich horizontaal zouden
leggen is een vrij rustige atmosfeer nodig. Het
gebroken licht verlaat de kristallen langs de zijvlakken van het
kristal. Omdat er soms zoveel zonlicht op éénzelfde
plaats gebroken wordt, kunnen deze bijzonnen soms erg fel worden. In
sommige gevallen worden deze ook vergezeld door een horizontale witte staart.
Hun uitzicht en afstand tot de
zon wijzigt naargelang de zonshoogte.
Circumzenitale boog / circumhorizontale boog
Als er felle bijzonnen
zijn, moet je ook eens op zoek gaan naar deze erg fraaie en
kleurrijke boog hoog aan de hemel, want
het gaat hier om hetzelfde type ijskristalletjes. Het
zonlicht valt hier echter wel in op de boven- en onderkant van het
kristal en verlaat deze langs de zijvlakken. Het resultaat is een
kleurrijke boog, een beetje als een regenboog, 46° hoger gelegen dan
de zon.
Ze verandert van uitzicht
naargelang de zonshoogte. In de zomer, als de zon op haar hoogst
staat, kan je dan ook soms een fragment zien van de "circumhorizontale
boog". Dit is net hetzelfde, maar dan 46° onder de zon
gelegen.
Raakbogen (omhullende halo, supralaterale boog, infralaterale boog)
Dezelfde naaldvormige
ijskristalletjes die de kleine kring veroorzaken kunnen het ontstaan
van raakbogen verklaren. De kleine kring wordt gevormd wanneer
de ijskristalletjes een willekeurige oriëntatie
aannemen, maar als het merendeel van de naaldjes in een welbepaalde
richting liggen (horizontaal), dan kunnen we een raakboog te zien
krijgen. Deze bogen, die soms ook heel fel kunnen worden, kan je
vinden respectievelijk bovenaan en/of onderaan de kleine kring. Ze
raken dan ook de kleine kring. Hun uitzicht verschilt ook naargelang
de zonshoogte. Als de zon hoger dan 32° boven de horizon staat,
gaan zij over in wat men de "omhullende halo" noemt. Dit is
niets anders dan dat beide raakbogen elkaar raken én de kleine
kring gaan omhullen. Je ziet dan als het ware de kleine kring omhuld door een
asymmetrische ellipsvormige kring. Deze situatie is echter vrij
zeldzaam. Meestal zie je maar een fragment hiervan. De omhullende
halo is vaak ook kleurrijker dan de kleine kring.
Hiernaast zijn er ook nog de raakbogen van de grote kring. Ook hier zijn horizontaal georiënteerde ijsnaaldjes verantwoordelijk,
maar in dit geval verlaten de lichtstralen het ijskristal onder een minimale deviatiehoek van 46°. Hierdoor kunnen we dus
een optisch verschijnsel waarnemen op 46° afstand van de zon. Geen ordinaire grote kring, want de ijskristalletjes liggen
allemaal met hun hoofdas horizontaal, zodat het zonlicht enkel naar boven of onder wordt omgeleid. We kunnen dus hier
spreken van de supralaterale of infralaterale boog. Anders verwoord: de bovenraakboog en de benedenraakboog van de kleine
kring. Ze komen frequenter voor en zijn kleurrijker dan de grote kring zelve, maar worden soms met de grote kring verward.
Parhelische kring / 120° bijzonnen
Nog zeldzamer is deze
melkwitte boog die verschijnt op dezelfde hoogte als de zon. Wit,
want hier doet zich immers geen kleurschifting voor:
het gaat hier om een geval van reflectie van het
zonlicht op miljarden horizontaal georiënteerde plaatjes of
naaldjes met een horizontaal georiënteerde hoofdas. Denk maar
aan het effect van een spiegel.
Het stuk van de
parhelische kring het dichtst bij de zon is het helderst, wanneer er
veel externe reflecties zijn. Verder weg van de zon zorgen interne
reflecties er dan voor dat de parhelische kring helder wordt. Meestal
zien we maar een fragment van deze kring, maar zeer zelden is zij
volledig (360° in het rond). Als je deze kring ziet, kijk dan
ook eens op 120° ten westen en/of ten oosten van de zon naar het
eventueel aanwezig zijn van de 120° bijzonnen. Ook deze maken
deel uit van de parhelische kring. Deze witte bijzonnen zijn het
resultaat van meervoudige interne reflecties binnenin deze
kristalletjes. Recht tegenover van de zon kan je bij een
volledige parhelische kring ook nog enkele exotische en uiterst
zeldzame halo's aantreffen.
Zuil
Enkele minuten tot een
uur voor een zonsopgang of na de zonsondergang kan je een vertikale,
soms indrukwekkende lichtzuil waarnemen. Meestal verschijnt hij boven
de zon, met dezelfde breedte en kleur als de zon. Ook deze is het
resultaat van reflecties. De lichtstralen vallen
horizontaal op de ijskristalletjes die iets schuin gesteld staan. Hoe
meer gelijkaardig georiënteerde ijskristalletjes, des te feller
de zuil zal zijn. Aangezien dit een reflectieverschijnsel is, treedt
hierbij geen kleurschifting op en heeft de zuil gewoon de kleur van de zon op
dat moment.
Optische verschijnselen door waterdruppels
Regenboog
Regenbogen zjn het resultaat van lichtbreking in waterdruppels. Wanneer het licht van de
zon door druppeltjes water valt, wordt een deel van het licht in
de druppel weerkaatst en teruggestraald. Hierdoor treedt
kleurschifting op, waardoor het witte licht ontbonden wordt en aldus
de spectrumkleuren zichtbaar worden.
Regenbogen zijn altijd te
vinden tegenover de zon. Het zijn cirkelsegmenten rondom het
antisolaire punt. De druppelgrootte is een bepalende factor: hoe
groter de druppel, des te intenser de kleurscheiding en des te feller
de regenboog zal zijn. Vaak gaat de hoofdboog ook gepaard met een
tweede, secundaire boog die een omgekeerde kleurenvolgorde heeft. De
band tussen deze twee noemt met "de donkere band van Alexander".
Langs de binnenzijde kan je ook nog enkele "overtallige" of
"interferentiebogen" aantreffen.
Niet enkel de zon, maar ook de maan kan regenbogen veroorzaken!
Corona's
Licht kan ook gebogen worden langs de randen van het waterdruppeltje. Ook bij dit proces vindt
kleurscheiding plaats, waardoor er een mooie krans of corona omheen de maan of zon kan ontstaan. In wolken waarin de
druppeltjes van gelijke grote zijn, zijn de kransen goed gevormd en zijn de kleuren zuiver. In wolken waarin druppeltjes
van allerlei groottes voorkomen, ontstaan er tegelijkertijd kransen van verschillende grootte, die elkaar overdekken. Ook de
volgorde van de kleuren hangt af van de grootte van de druppeltjes en de dikte van de wolk.
Iriserende wolken
Ook hier is het proces "lichtbuiging op waterdruppels" de oorzaak. Deze kleurschakeringen spelen zich voornamelijk af op
cirrocumuli en altocumuli wolken. Ze zijn onregelmatig verdeeld en kunnen verscheidene felle kleurschakeringen
vertonen (purper, groen,..). Ze verschijnen meestal in de nabije omgeving van de zon. Op afstanden van 3-10° zijn irisaties
op hun mooist. Sporadisch kunnen deze soms waargenomen worden tot op 50° van de zon. Iriserende wolken om de maan
zijn erg zeldzaam. Verwar ze echter niet met parelmoerwolken.
Glorie
Glorie ontstaat in het punt tegenover de zon, het antisolaire punt. Dit optisch verschijnsel is het resultaat van
terugverstrooiing van licht op waterdruppeltjes. Dit wordt vaak vanuit het vliegtuig waargenomen. Deze krans van gekleurde
ringen omringt dan de schaduw van het vliegtuig op een egaal wolkendek. De grootte van de waterdruppeltjes bepaalt ook de
grootte van de glorie. Dikwijls ziet men om dit alles heen nog een zwakkere witte boog, ook wel de cercle d'Ulloa of
wolkenboog genaamd. Dit is in feite het equivalent van de regenboog, maar dan in zeer kleine wolkendruppeltjes optredend,
waarbij de regenboogkleuren zo goed als onzichtbaar zijn. Ook op de grond kan je getuige worden van de glorie. Bij lage zon,
als je je op een heuvel of een bergtop bevindt, kan je eigen schaduw zich gaan aftekenen op een mistlaag, omgeven
door een gloriekrans van levendige kleuren.
Heiligenschijn
Ook dit verschijnsel is waarneembaar bij lage zonnestand en moeten we gaan zoeken rond het antisolaire punt. Ook hier ligt
het terugverstrooiingsproces aan de basis. Als je schaduw zich afwerpt op bedauwd gras, bemerk je naast en vooral boven
je schaduw een witte lichtaureool.
Verwante links
- Is iets onduidelijk? Heb je een fout gevonden?
Mail ons!
Algemeen
Halosimulatie
Aanbevolen literatuur
- Tape W.R., "Atmospheric Halos", American Geophysical Union, Washington D.C. (1994).
- Greenler R.G., "Rainbows, Haloes, and Glories", Cambridge University Press, Cambridge (1980).
- Minnaert M., "Natuurkunde van het vrije veld" (1954).
Michel Vandeputte
Foto's: www.sundog.clara.co.uk
|
