Kees Floor, Natuur en Techniek, juni 1977
(17MB); Laatste wijziging: 17 juni 2008. Meer artikelen
over halo's.
Breking of terugkaatsing van zonlicht door zwevende ijskristallen veroorzaakt op verschillende plaatsen aan de hemel vaak relatief heldere vlekken, zuilen, cirkels of bogen. Gemideeld kunnen in ons land om de andere dag dergelijke verschijnselen, die men halo's noemt, waargenomen worden. Desondanks is dit prachtige natuurverschijnsel bij velen helaas onbekend.
Onder de naam halo's vat men een aantal lichtverschijnselen aan de hemel samen waarvan de kleine kring de bekendste is. Naast de ringvorm kunnen ook bogen, zuilen of lichtvlekken voorkomen. Sommige halo's zijn wit, andere zijn aan de kant van de zon roodachtig van kleur terwijlook zeer kleurrijke halo's voorkomen. De meeste haloverschijnselen liggen gegroepeerd in een vrij ruim gebied rond de zon of de maan, die ook als lichtbron kan fungeren. Er zijn echter ook halo's die juist tegenover de zon zijn gelegen of de hemel geheelomspannen.
| Bijzon. | Circumzenitale boog. |
In ons
land is gemiddeld om de andere dag wel een kleine kring of gedeelte daarvan waar
te nemen. Andere halo's komen minder vaak voor, sommige zijn zeer zeldzaam.
Halo's komen slechts voor in een beperkt aantal wolkentypen. Deze .hebben met
elkaar gemeen dat ze uitsluitend bestaan uit ijs. Bij de verklaring van de haloverschijnselen
speelt dat een belangrijke rol. Voor veel halo's heeft men zo'n verklaring al
kunnen vinden, maar nog steeds zijn er verschijnselen waarvoor een bevredigende
verklaring ontbreekt.
|
|
Links:
|
De
kleine kring
Verreweg het meest voorkomende haloverschijnsel
is de kleine kring. In ongeveer 9 van de 10 gevallen, waarin halo's worden
waargenomen is hij geheel of gedeeltelijk aanwezig. Het is een lichtring om de
zon, waarvan de binnenkant scherp begrensd is op een afstand van ongeveer 22 graden
van de zon. Om deze reden wordt hij ook wel kring van 22
graden genoemd. De buitenrand is onbepaald: de lichtsterkte neemt naar buiten
toe geleidelijk af. Gewoonlijk is hij wit van kleur met een rode of roodachtige
binnenrand, soms violet aan de buitenzijde terwijl een enkele maal ook andere
kleuren voorkomen.
Als de kring moeilijk zichtbaar is en de lichtintensiteit
zwak, zoals met name bij kringen om de maan dikwijls het geval is, zijn er nauwelijks
kleuren te onderscheiden. De kleuren zijn het duidelijkst in de punten recht boven
de zon, recht eronder en links en rechts op dezelfde hoogte als de zon. Dat zijn
ook de punten waar de kring het helderst is. Binnen de kring ziet de hemel er
meestal donkerder uit dan erbuiten.
De verklaring van de kleine kring
berust op de breking van zonlicht in de ijskristallen, die de wolken vormen waarin
het verschijnsel optreedt. We zullen daarom eerst die ijskristallen nader bekijken.
| ||||
Figuur 2: Afstanden op de hemelbol. Een waarnemer W bevindt zich altijd in het middelpunt van de hemelbol. Het punt recht boven de waarnemer op de hemelbol is het zenit. Het horizontale vlak waarin de waarnemer zich bevindt, snijdt de hemelbol volgens een cirkel: de horizon. (deze valt dus niet noodzakelijkerwijs samen met de kim, de grens tussen land of zee en de lucht). De afstand tussen twee punten op de hemelboog bedraagt 22 graden als hoek (AWB)=22 graden. |
|
|
IJskristallen
IJs in de atmosfeer kristalliseert in de vorm van regelmatige zeshoekige kristallen
of samenstellingen daarvan. De eenvoudigste en meest voorkomende vormen zijn de
zuiltjes en de plaatjes (zie Fig. 3). Bij beide valt de zeshoekige
vorm op; het enige verschil zit in de verhouding tussen de lengte van de as en
de diameter van het kristal.
Door hun regelmatige vormen kunnen de ijskristallen
beschouwd worden als prisma's voor het eropvallende zonlicht. In Fig. 4
is aangegeven hoe men zich deze prisma's kan voorstellen.
Er treden brekende hoeken van 60 graden, 90 graden en 120 graden op. De zijvlakken
van de prisma's kunnen het opvallende licht terugkaatsen. Daarnaast zal
er ook licht invallen, dat het kristal weer via een ander zijvlak verlaat. Hierbij
verandert de lichtbundel van richting, omdat aan beide grensvlakken tussen ijs
en lucht breking optreedt. De hoek tussen de invallende en uittredende
lichtbundel noemt men de deviatie (Fig. 7); ze hangt af van de invalshoek
van de lichtbundel en de brekende hoek van het prisma. Bovendien is ze afhankelijk
van de kleur van het licht, doordat de brekingsindex van ijs enigszins afhangt
van die kleur (zie Fig. 7). Op deze kleurschifting berust de toepassing
van prisma's voor het ontwerpen van spectra.
| Figuur
7. De stralengang van licht door een prisma. De figuur bevat een overzicht van
de gebruikte begrippen uit de geometrische optica: invalshoek i, terugkaatsingshoek
t en brekingshoek r worden gemeten ten opzichte van de normaal. Tevens is de keurschifting
aangegeven en de waarde van de brekingsindex n voor verschillende kleuren van
het licht. De kleurschifting is overdreven weergegeven. |
Kleine kring bij het KNMI, De Bilt. |
Verklaring
van de kleine kring
De kleine kring wordt gevormd door de breking
van zonlicht door ijsprisma's met een brekende hoek van 60 graden in een willekeurige
stand. Het voorkomen van allerlei oriënteringen van de kristallen betekent dat
het licht van de zon op het ene ijsprisma onder een andere hoek invalt dan op
het andere, zodat allerlei invalshoeken voorkomen. Doordat de deviatie onder andere
afhangt van de hoek van inval, zullen ook hiervoor verschillende waarden optreden.
Met behulp van de brekingswet van Snellius kunnen deze worden berekend.
In
Fig. 5 is uitgezet hoe de deviatie afhangt van de hoek van inval. Als de invallende
straal langs het zijvlak scheert is de invalshoek maximaal en wel 90 graden. Voor
lichtbundels die onder een kleine hoek invallen is geen deviatie opgegeven. Deze
bundels vallen n.l. op het andere zijvlak van het prisma in onder een hoek die
groter is dan de zgn. grenshoek. Er treedt dan totale
terugkaatsing op aan dat zijvlak, waardoor er geen licht zal uittreden.
Stralengang kleine kring of kring van 22 graden. |
| Figuur 6: Intensiteitsverdeling van de kleine kring. De zon moet gedacht worden in het midden van de figuur. De witte stippen geven aan waar het zonlicht zoal terecht kan komen na breking in ijsprisma's met een topheok van 60 graden en een willekeurige stand. |
Uit de grafiek kunnen we
aflezen dat de deviatie een minimale waarde heeft van ongeveer 22 graden. Verder
zien we dat voor relatief veel invalshoeken de deviatie in de buurt van 22 graden
ligt. Zo liggen bijvoorbeeld de deviaties voor lichtstralen die invallen onder
hoeken tussen 35 graden en 55 graden tussen 21 graden 50' en de 23 graden 25'.
Kiezen we een ander, even groot gebied op de horizontale as, dan variëren de deviaties
veel sterker. Bij waarden van 15-35 graden van de invalshoek behoren waarden van
22 -34 graden voor de deviatie. Dit heeft tot gevolg dat relatief veel van het
op de ijsprisma's invallende licht uittreedt onder een hoek van ongeveer 22 graden
met de invallende lichtstraal. Dat betekent voor een waarnemer dat hij in een
richting van 22 graden van de zon af moet kijken om die lichtstralen te zien.
Hij ziet dus overal op een afstand van 22 graden een lichte plek aan de hemel,
voorzover zich op die plaatsen vanuit de waarnemer bezien tenminste geschikte
wolken bevinden.
In Fig. 6 is schematisch getekend wat men kan waarnemen.
In het midden van de figuur moet de zon gedacht worden. De stippen geven aan waar
het zonlicht zoal terecht kan komen na breking door ijsprisma's met een brekende
hoek van 60 graden in een willekeurige stand.
| Licht dat invalt op een prisma wordt tweemaal gebroken alvorens het weer uittreedt. De totale richtingverandering (deviatie) heeft een minimum. De minimumdeviatie hangt af van de brekingsindex van het materiaal waarvan het prisma is gemaakt. In het getoonde geval is de brekingsindex n=1,5 en bedraagt de minimumdeviatie 37,2 graden; ze treedt op bij een invalshoek van 48,6 graden. |
|
Bij
een computerberekening, die de tekening van Fig. 6 opgeleverd heeft, is behalve
op het bovenstaande ook gelet op stralen, die een hoek maken met het vlak van
tekening van Fig. 7 en op de intensiteitsverhouding tussen de gebroken en de teruggekaatste
stralen. Verder vangt een zijvlak van een ijskristal dat loodrecht op het invallende
zonlicht staat meer licht in dan een zijvlak in een andere stand. Ook hiermee
is rekening gehouden. Uit de figuur is te begrijpen dat de hemel binnen de kring
er vaak donkerder uitziet dan daarbuiten. Binnen de kring kunnen geen gebroken
lichtstralen komen omdat voor geen enkele invalshoek de deviatie kleiner is dan
21 graden 50'.
De roodachtige binnenrand van de kleine
kring hangt samen met het feit dat de brekingsindex van ijs voor rood kleiner
is dan voor andere kleuren (zie Fig. 7). De minimumdeviatie is daardoor eveneens
kleiner, zodat het rode licht dichter bij de zon terecht komt dan de andere kleuren.
Verder van de zon af komen lichtstralen terecht van verschillende kleuren- zodat
de kring er daar wit uitziet, behalve soms aan de buitenzijde, die dan violet
is.
De bijzonnen
van de kleine kring
Voor de vorming van de kleine kring waren
ijskristallen verantwoordelijk, die zich in een willekeurige stand bevonden. Vaak
nemen de kristallen echter gemiddeld een vaste stand aan, zoals aangegeven in
Fig. 3. Ze bevinden zich niet voortdurend in die stand, maar schommelen er in
meerdere of mindere mate omheen, afhankelijk van de atmosferische omstandigheden.
In een onrustige luchtlaag met een harde, onregelmatige wind, kunnen alle mogelijke
oriënteringen voorkomen.
Veel haloverschijnselen vereisen een min of meer
vaste stand van de ijskristallen. Dit geldt voor alle halo's die niet de vorm
van een cirkel hebben met de zon als middelpunt. De bijzonnen van de kleine
kring zijn hiervan het meest bekende voorbeeld. Het zijn heldere lichtvlekken,
die op dezelfde hoogte als de zon op de kleine kring liggen of iets daarbuiten.
Ze hoeven niet noodzakelijkerwijs beide tegelijk zichtbaar te zijn en de aanwezigheid
van de kleine kring is niet vereist. Deze bijzonnen behoren tot de kleurrijkste
haloverschijnselen.De bijzonnen ontstaan in plaatjes die zich ongeveer in de stand
van Fig. 3a bevinden. Als de zonshoogte 0 graden bedraagt verloopt de stralengang
als in Fig. 7. De waarnemer ziet de zon, maar ook de bijzon en dus de wolk waarin
debijzon wordt gevormd, op de horizon. Het vlak van tekening
van Fig. 7 is nu het horizontale vlak waarin zich waarnemer, zon en de bij de
vorming van de bijzon betrokken plaatjes bevinden. De invalshoek hangt af van
de stand van een plaatje in het horizontale vlak; de deviatie volgt uit Fig. 5.
We zien nu door de vaste stand van de ijs- kristallen de lichte vlekken alleen
op de hoogte van de zon en niet, zoals bij een willekeurige
stand van de ijskristallen, overal op een afstand van 22
graden van de zon. De afstand tot de zon wordt ook nu bepaald door de kleinste
waarde van de deviatie, die uit de grafiek van Fig. 5 is af te lezen. Hieruit
kunnen we ook de maximale lengte van de staart, gevormd door lichtstralen, die
meer dan het minimum worden afgebogen, aflezen: deze is gelijk aan het verschil
tussen de grootste en de kleinste waarde van de deviatie, dus ruim 20 graden.
Wanneer de zon boven de horizon staat bevinden de lichtstralen
zich niet langer in het vlak van tekening van Fig. 7. Het gevolg is dat de deviatie
grotere waarden aanneemt. Hierdoor wordt de afstand tussen de zon en de bijzonnen
groter. Hoe hoger de zon staat, des te groter wordt ook de kleinste waarde van
de deviatie en daarmee dus ook de afstand tussen zon en bijzon (zie Tabel 1).
Theoretisch is de grootste waarde voor de afstand zon-bijzon 50 graden . Deze
waarde wordt bereikt bij een zonshoogte van ruim 60 graden . De staart is dan
ook helemaal verdwenen. Er zijn echter weinig waarnemingen beschikbaar voor zonshoogten
van meer dan 40 graden , omdat de bijzonnen lichtzwakker worden naarmate de zon
hoger staat.
De vaste stand van de bij de bijzonnen betrokken ijskristallen
veroorzakt ook de grote kleurrijkdom van de bijzonnen. Alle lichtstralen maken
dezelfde hoek met het vlak van tekening van Fig. 7. Een naar verhouding groot
gedeelte van het invallende licht wordt dan onder de minimale hoek afgebogen zodat
veel licht van één kleur van een klein gebied aan de hemel lijkt te komen. Bij
de kleine kring is dat een veel geringer gedeelte omdat het zonlicht onder allerlei
hoeken met het vlak van tekening van Fig. 7 invalt.
Computersimulatie
van bijzonnen links en rechts van de zon. De bijzonnen hebben een 'staart' die
van de zon af wijst. | Linkerbijzon,
Egmond aan Zee. |
De omhullende
halo
Een ander haloverschijnsel dat een vaste stand van de
bij de vorming betrokken ijskristallen vereist, is de omhullende halo. Deze
ontstaat wanneer zuiltjes zich in de stand van Fig. 9 bevinden, of een van de
standen, die door draaiing op de aangegeven manier verkregen kan worden.
Een
zuiltje in het vertikale vlak door de waarnemer en de zon met de lengterichting
loodrecht op dat vlak, veroorzaakt breking van de lichtstralen als in Fig. 7.
Daardoor verwachten we recht boven en recht onder de zon lichte vlekken op de
plaats van de kleine kring. Voor zuiltjes in andere standen en/of buiten dat vlak
maken de lichtstralen een hoek met het vlak van tekening
van Fig. 7. Bij de bijzonnen zagen we reeds dat dan de kleinste waarde voor de
deviatie toeneemt. De lichtvlekken hebben dan ook een afstand van meer dan 22
graden tot de zon en de omhullende halo bevindt zich dus buiten de kleine kring.
De plaats waar een gebroken lichtstraal wordt waargenomen hangt nu zowel van de
zonshoogte als van de stand van het zuiltje af. De resulterende vorm (met de bijbehorende
lichtsterkten) is te berekenen en is weergegeven in Fig. 8 voor verschillende
zonshoogtes. Waar mogelijk is de horizon aangegeven; de gedeeltes onder de horizon
zijn alleen zichtbaar vanaf 'bergtoppen of vanuit vliegtuigen. Bij zonshoogtes
tot 30 graden zien we twee afzonderlijke bogen: de boven- en de benedenraakboog
aan de kleine kring. Boven de 30 graden vloeien de beide raakbogen in elkaar
over en gaan geleidelijk over in een min of meer ellipsvormige kromme: de omhullende-
of omgeschreven halo.
Bij een zonshoogte van 70 graden valt deze halo samen
met de kleine kring. Voor zonshoogtes tussen de 30 graden en de 40 graden is de
lichtsterkte op de hoogte van de zon zo gering, dat de omhullende halo daar nauwelijks
waarneembaar is. Bij geringe zonshoogtes bevindt zich vaak een lichtsterke van
de zon af gerichte witte sluier bij deze halo. Men kan die vergelijken met de
staart van de bijzonnen. Dit haloverschijnsel is gewoonlijk niet erg kleurrijk;
meestal is alleen een naar de zon gerichte rode of roodachtige binnenrand aanwezig.
Figuur
8: De kleine kring en de omhullende halo Rechts:
computersimilatie van de lichtsterkteverdeling van de kleine kring of kring van
22 graden (binnen) en de grote kring of kring van 46 graden.. |
Bovenraakboog kleine kring; De Bilt. | Onderraakboog kleine kring, Jistrum. | Figuur 10: Stralengang grote kring of kring van 46 graden |
De
grote kring
Tot nu toe bespraken we alleen halovormen
die ontstonden door breking van zonlicht in ijsprisma's met een brekende hoek
van 60 graden . In Fig. 4 werd reeds aangegeven dat we ons in regelmatige zeshoekige
kristallen ook prisma's met brekende hoeken van 90 graden en 120 graden kunnen
denken. We kunnen ons afvragen of dergelijke prisma's aanleiding geven tot vergelijkbare
haloverschijnselen. Voor wat betreft de brekende hoek van 120 graden kunnen we
kort zijn. Omdat er totale terugkaatsing optreedt kan door een dergelijk prisma
geen licht vallen op de manier van Fig. 7. De grootste waarde van de brekende
hoek, waarvoor er nog net een gebroken lichtstraal uit het prisma treedt bedraagt
99,50. Dit houdt in dat prisma's met een tophoek van 90 graden wel licht doorlaten.
De minimumdeviatie van rechthoekige prisma's bedraagt ongeveer 46 graden (Fig.
10).
Bij een willekeurige stand van de ijskristallen
kan op dezelfde manier als bij de kleine kring de grote kring of kring
van 46 graden ontstaan. Het is een cirkel met de zon als middelpunt en een
straal van 46 graden, die lichtzwakker is dan de kleine kring. Meestal zijn alleen
gedeeltes zichtbaar. De binnenrand is rood van kleur, evenals bij de kleine kring,
terwijlook weer andere kleuren kunnen voorkomen.
De
kring van 46 graden komt veel minder vaak voor dan die van 22 graden. De bijbehorende
bijzonnen worden haast nooit waargenomen, omdat voor het ontstaan hiervan
zeldzame, samengestelde kristallen nodig zijn. Wel regelmatig waargenomen wordt
de bovenraakboog aan de grote kring. De verklaring en de verandering van
de vorm van deze boog met de zonshoogte verlopen ongeveer analoog aan die van
de raakboog aart de kleine kring.
kleine kring | bijzon | bovenraakboog
aan de kleine kring | zuil | circumzenitale
boog |
Gang van de lichtstralen bij de vorming van halo's zoals aangegeven. Bijzonnen en circumzennitale boog komen vaak gelijktijdig voor omdat ze veroorzaakt worden door dezelfde ijskristallen in dezelfde stand.
De
circumzenitale boog
De bovenraakboog van de kring van 46
graden onderscheidt zich meestal weinig van de zeer kleurrijke en lichtsterke
circumzenitale boog. Dit is een gedeelte van een horizontale cirkel om
het zenit; theoretisch maximaal een halve cirkel maar gewoonlijk is er niet meer
dan 1/4 cirkel te zien. De bolle kant is naar de zon gekeerd en rood; de binnenkant
is violet.
De boog ontstaat in plaatjes, die alle precies in de stand van
Fig. 3a staan. De zonshoogte bepaalt de invalshoek en met de brekingswetten is
de deviatie te berekenen. Alleen voor een zonshoogte van 22 graden raakt
de circumzenitale boog aan de grote kring, omdat bij de dan optredende hoek van
inval de deviatie minimaal is. Bij andere zonnestanden ligt de boog iets boven
de grote kring. Bij zonshoogten van meer dan 32 graden verdwijnt de boog
omdat dan in het ijsprisma totale terugkaatsing optreedt. In de praktijk
is hij alleen bij lage zonnestanden van de bovenraakboog aan de grote kring te
onderscheiden.
Op dezelfde wijze kan ook aan de onderzijde van de grote kring
de zgn. circumhorizontale boog ontstaan, die op zijn beurt moeilijk te
onderscheiden is van de onderraakboog aan de grote kring. Door de hoge
zonnestand die vereist is zijn deze bogen in ons land hoogst zeldzaam.
Circumzenitale
boog, De Bilt. | Circumzenitale
boog en zonshoogte. | Circumzenitale
boog, De Bilt. |
Kringen
met ongewone straal
Eveneens zeer zelden worden kringen om
de zon waargenomen met andere stralen dan 22 graden of 46 graden . Men spreekt
dan van kringen met ongewone straal. Ze komen vaak met meerdere tegelijk
voor. Hun stralen lopen uiteen van 6- 35 graden.
De kringen ontstaan op dezelfde
manier als de kleine en de grote kring. De vorm van de benodigde ijskristallen
wijkt echter af van die in Fig. 3. Een voorbeeld geeft de figuur hieronder. In
dergelijke kristallen komen brekende hoeken voor met andere waarden dan de in
Fig. 4 getoonde. De bijbehorende minimumdeviaties komen weer overeenmet de stralen
van de kringen.
Voorbeelden van een ijskristal zoals betrokken bij kringen van ongewone straal. |
De
bijzonnenring
De halo's die tot dusver .beschreven werden vonden alle hun oorzaak in de breking
van licht in ijsprisma's. Er bestaan echter ook haloverschijnselen die door terugkaatsing
veroorzaakt worden. Een voorbeeld hiervan is de bijzonnenring, ook wel
parhelische ring of horizontale cirkel genoemd (met de maan als lichtbron:de
bijmanenring of paraselenische ring).
Figuur 11: Bij de vorming van de bijzonnenring
zijn verscheidene stralengangen mogelijk, gekenmerkt door een of meer
reflecties tegen kristalwanden.
|
Omdat
bij terugkaatsing geen kleurschifting optreedt is deze ring wit van kleur. Als
hij volledig ontwikkeld is, heeft de ring de vorm van een band, die evenwijdig
aan de horizon loopt op de hoogte van en door de zon. Hij wordt veroorzaakt door
terugkaatsing van zonlicht tegen vertikale zijvlakken van plaatjes of zuiltjes.
De stralengang is weergegeven in Fig. 11. Omdat het spiegelend oppervlak vertikaal
is, maar overigens alle standen kan aannemen, ziet een waarnemer de horizontale
cirkel op dezelfde hoogte als de zon. In alle richtingen komt het spiegelbeeld
van de zon dus tot stand, althans voor zover zich in die richtingen vanuit de
waaruemer bezien geschikte ijskristallen bevin- den. Dit behoeft natuurlijk niet
altijd het geval te zjjn, zodat de ring ook gedeeltelijk kan voorkomen.
De
bijzonnenring dankt zijn naam aan de bijzonnen (o.a. die van 22 graden en 46 graden
) die op de plaats van deze ring kunnen voorkomen. Zeer zelden staat recht tegenover
de zon de tegen- zon als een witte, wazige lichtvlek op de ring.
|
|
Bijzonnenring, De Bilt.
|
Omhullende halo en kruis, waargenomen
door Albert Tissandier tijdens een ballonvlucht van Parijs naar Arachon,
maart 1875.
|
Onderzon,
zuil en kruis
Stelt U zich voor dat U zich in een vliegtuig bevindt met onder U wolken die
bestaan uit een groot aantal plaatjes. U kijkt in de richting van de laagstaande
zon, waarvan het licht wordt weerspiegeld door de volkomen horizontale zeshoekige
bovenvlakken van de plaatjes. Hierdoor zoudt U behalve de zon ook een spiegelbeeld
van de zon waarnemen. Als de plaatjes enigszins om hun evenwichststand heen
en weer schommelen, wordt het spiegelbeeld groter, vooral in vertikale richting.
Een dergelijke lichtvlek, die zich even ver onder de horizon bevindt
als de zon erboven, noemt men een onderzon. Het verschijnsel kan vanuit
vliegtuigen of vanaf bergtoppen worden waargenomen.
Naarmate
de plaatjes bij hun schommelende beweging verder uit hun evenwichtsstand geraken,
wordt de vorm van de weerspiegeling langgerekter. Op den duur ontstaat de zuil,
een vertikale lichtstreep of lichtpluim, die zowel boven als onder de zon
kan worden waargenomen. Hij heeft dezelfde kleur als de zon, wit, maar vaak ook
oranje of rood bij de lage zonnestanden waarbij hij het meest wordt waargenomen.
Menno Hoekstra fotografeerde op 21 januari 2002 in Lillehammer een halo met twee bijzonnen. Op dat moment er uit de vrijwel wolkenloze hemel kleine vlokjes poolsneeuw naar beneden. Tevens waren er condensstrepen van vliegtuigen en enkele licht wolken boven de horizon zichtbaar. |
|
|
De zuil kan behalve door plaatjes ook gevormd worden
door zuiltjes, die zich in eern stand als getoond in figuur 3 (midden) bevinden.
In ieder geval moeten op deze manier de zuilen bij hogere zonnestanden worden
verklaard, omdat plaatjes dan niet meer tot de vorming van een zuil in staat
zijn. Komt de zuil tegelijk voor met een gedeelte van de bijzonnenring, dan
zien we een kruis door de zon. Aan dit haloverschijnsel werd in het verleden
bijzondere, symbolische betekenis gehecht.
Een versterking
van de lichtsterkte van de zuil kan plaatselijk optreden, bijv. door een toevallig
voorbijtrekkende veel dichtere cirruswolk. Het zonlicht wordt daar sterker teruggekaatst
dan elders het geval is, zodat het lijkt alsof er twee zonnen aan de hemel staan.
Men spreekt dan van dubbele zon.
Frequentie van haloverschijnselen
De meeste van de beschreven haloverschijn- selen kunnen regelmatig worden waargenomen.
We beschikken over getallen voor het gemiddeld aantal dagen per jaar waarop een
bepaald haloverschijnsel in ons land kan worden gezien. Deze staan vermeld in
Tabel 2, samengesteld op grond van waarnemingen verricht tussen 1918 en 1953.
In die tijd was er in ons land een uitgebreid net van vrijwillige waarnemers gevestigd.
Daardoor ontstond een verzameling waarnemingsgegevens die uniek is in de wereld.
Bij de verklaring van haloverschijnselen moet men rekening
houden met de in de tabel vermeIde resultaten. Zo mogen halo's die regelmatig
voorkomen geen zeldzaam gevormde ijskristallen of unieke atmosferische omstandigheden
vereisen en omgekeerd. De kleine kring, die zeer vaak voorkomt, stelt dan ook
geen hoge eisen: zowel plaatjes als zuiltjes voldoen en omdat deze kristallen
willekeurige standen mogen innemen, behoeft de atmosfeer ook niet rustig te zijn.
Men kan zich afvragen waarom de kleine kring dan niet in alle ijswolken voorkomt.
Dat komt doordat niet alle ijsbestanddelen een geschikte vorm hebben.
Sneeuwsterretjes
en bolvormig samengevoegde kristallen breken het licht niet als een prisma. Bij
te kleine ijskristallen dooft buiging de haloverschijnselen
uit. Bovendien verdampen de hoeken van de ijsprisma's het eerst, zodat afgeronde
vormen ontstaan en de ijskristallen in deze wolken niet langer als prisma fungeren.
Haloverschijnselen die minder dan 5x per jaar voorkomen werden niet in de tabel
opgenomen. De meeste besproken haloverschijnselen zijn, met enkele andere, samengevat
in Fig. 1. Ze worden, weergegeven door een punt of een kromme, die aangeeft waar
de lichtsterkte van het betrokken haloverschijnsel het grootst is. De natuur verschaft
ons echter een zo grote rijkdom aan haloverschijnselen dat niet naar volledigheid
gestreefd kon worden. Hiervoor raadplege men de in de literatuur genoemde boeken
van Visser of Tricker.
Halofamilies
Sommige haloverschijnselen vertonen zich vaak gelijktijdig aan de hemel. Een
voorbeeld hiervan is de circumzenitale boog en de bijzonnen aan de kleine kring.
Men spreekt in zo'n geval van verwante halo's of van halofamilies. De
verklaring wordt gevonden in het feit dat ze onder dezelfde omstandigheden ontstaan;
in ons voorbeeld bij aanwezigheid van zwevende plaatjes in de stand van Fig. 3a.
Het verschaft tevens een extra mogelijkheid om de bovenraakboog van 46 graden
en de circumzenitale boog te onderscheiden: als er tevens bijzonnen voorkomen
mag men wel aannemen dat men te doen heeft met een circumzenitale boog.
Het waarnemen van
halo's
Om vaak halo's te zien moet men uiteraard vaak
naar de lucht kijken. Kijk echter nooit in de zon; het is onaangenaam, slecht
voor de ogen en men wordt verblind. Het beste kan men de hand voor de zon houden
of op een zodanige plaats gaan staan dat de zon achter een boom, een schoorsteen
of de punt van een dak verdwijnt. Het zoeken naar haloverschijn- selen heeft alleen
zin als er geschikte bewolking aanwezig is: cirrostratus (melklucht), cirrus
(windveren), aambeelden van cumulonimbuswolken (buien- en onweerswolken)
en cirrocumulus (kleinste schaapjeswolken).
Deze wolken bevinden zich
alle op grote hoogte (gewoonlijk meer dan 5 km) en bestaan uit ijskristallen,
die voor de vorming van halo's noodzakelijk zijn. Het kunnen herkennen van deze
bewolking maakt gericht waarnemen mogelijk. Gebruik zo nodig de wolkenatlas van
het KNMI om ermee vertrouwd te raken.Verder is het van belang
om te weten waar de haloverschijnselen zich aan de hemel kunnen voordoen. Men
kan het beste beginnen met te zoeken naar de kleine kring; hij is gemakkelijk
te herkennen en is in 9 van de 10 gevallen dat er halo's te zien zijn aanwezig.
Kijk verder of er soms bijzonnen aan de kleine kring zijn: ze komen vaak voor
en zijn door hun grote licht- sterkte en kleurenrijkdom gemakkelijk te vinden.
De getallen uit Tabel 2 kunnen aanleiding geven tot misverstanden. Ze zijn gebaseerd
op gegevens van ervaren waarnemers, die ook weten waar ze lichtzwakke, minder
opvallende haloverschijnselen moeten zoeken.
Verder zijn op de voor de tabel
gebruikte halodagen ergens in ons land dergelijke halo's gezien. Een tabel, die
betrekking zou hebben op één bepaalde plaats in ons land zou dus zeker kleinere
getallen bevatten. Desondanks komen er toch zo dikwijls halo's voor dat je je
afvraagt hoe het komt dat zovelen een derg lijk verschijnsel nooit gezien hebben.
Wil men iets nauwkeuriger speuren
naar of rapporteren over haloverschijnselen, dan is het noodzakelijk om hoeken
te meten of te schatten. Men moet zich hierbij bewust zijn van bepaalde moeilijkheden
die iedereen ondervindt bij het uitvoeren van dergelijke schattingen. Zo doet
het hemelgewelf zich aan ons voor als een afgeplatte bol waardoor zon en maan
aan de horizon veel groter lijken dan bij een hoge stand aan de hemel. Door dezelfde
beoordelingsfout wordt de kleine kring soms peervormig afgebeeld en wel naar beneden
toe ve lengd. Men overschat dan de onderste helft t.g.v.
de schijnbare afplatting van het hemelgewelf.
Suggesties om dergelijke schattingsfouten
op eenvoudige wijze en met eenvoudige hulpmiddelen te voorkomen of te verkleinen
bevatten de in de literatuur genoemde boeken van Minnaert en Visser. In ieder
geval is het volgende handig om te weten. De schijnbare doorsnede van de zon of
de maan bedraagt 0,5 graden (vergelijk de straal van de kleine kring; 22 graden
dus doorsnede 44 graden ). De plaats van de kleine kring kan als volgt gemakkelijk
gevonden worden. Men steekt zijn arm recht vooruit in de richting van de zon en
strekt de vingers van de hand zodanig, dat de toppen van pink en duim zo ver mogelijk
van elkaar verwijderd zijn. De straal van de kleine kring is dan iets groter dan
de afstand tussen die toppen.
De plaats van de kleine kring kan als volgt gemakkelijk gevonden worden. Men steekt zijn arm recht vooruit in de richting van de zon en strekt de vingers van de hand zodanig, dat de toppen van pink en duim zo ver mogelijk van elkaar verwijderd zijn. De straal van de kleine kring is dan iets groter dan de afstand tussen die toppen. |
Samengestelde halo, De Bilt.
|
Zuil, Workum.
|
Fotograferen van halo's
Waarnemen van halo's schenkt nog meer voldoening in combinatie met het fotograferen
ervan. Steeds moet men er voor zorgen dat de zon is afgedekt en de opnamen enigszins
worden onderbelicht.
Bij gebruik van groothoeklenzen krijgt men een groter
gedeelte van de hemel op de foto. Om een volledige kleine kring op een dia te
krijgen is een objectief vereist met een, brandpuntafstand van 28 mm of minder.
Met zgn. fish-eye lenzen kunnen ook uitgebreider haloverschijnselen worden gefotografeerd,
maar deze objectieven zullen meestal buiten het bereik van de amateur liggen.
Wil men toch een groot gedeelte van de hemel in beeld krijgen, dan kan een ronde
kerstbal gebrukt worden. De uitbreiding van het gezichtsveld brengt vervorming
met zich mee, maar dat geldt m.i. nie:t alleen voor deze goedkope oplossing.
Haloverschijnselen en volkswijsheid
over het weer
De kleine kring
staat bekend als voorbode van slecht weer: regen en/of storm. In de volkswijsheid
over het weer vindt men dat terug:
- kring om de zon,
water in de ton;
- kring om de maan kondigt regen aan.
Nog bekender is een gecombineerde vorm, die echter het bovenstaande
gedeeltelijk tegenspreekt:
- kring om de maan, dat zal wel gaan
- kring
om de zon huilen vrouwen kinderen om.
Afgezien van die
onderlinge tegenspraak is ook niet in te zien waarom een kring om de zon een andere
betekenis zou moeten hebben dan een kring om de maan. De kring van 22 graden geldt
ook als voorbode van regen in:
- hoe groter de kring, hoe dichterbij de regen.
Men bedoelt hiermee dat de kring van 22 graden regen aankondigt, de krans niet.
De krans bestaat uit een of meer gekleurde ringen in de onmiddellijke nabijheid
van de zon of de maan en behoort niet tot de haloverschijnselen. Misschien berust
de bovengenoemde onderlinge tegenspraak in een van de weerregels eveneens op het
feit dat in die regels de krans en de kring soms beide 'kring' genoemd worden.
Overigens is het verband dat gelegd wordt tussen kringen en regen of storm wel
begrijpelijk. Warmtefronten, die voor en tijdens hun passage regen kunnen brengen,
kondigen zich in de bovenlucht meestal aan door cirrus of cirrostratus. Behoort
he:t warmtefront bij een depressie waarvan de baan in de buurt van ons land of
van de Noordzee ligt, dan is ook de koppeling met storm duidelijk. Men kan deze
zaken echter niet omkeren, met andere woorden halo's kondigen niet noodzakelijkerwijze
regen of storm aan. Onderzoekingen toonden dit aan. Wel lieten zij de mogelijkheid
open dat zeer duidelijk waarneembare lichtsterke kringen vaker gevolgd worden
door regen dan gemiddeld. Dit zou kunnen samenhangen met het feit dat het geleidelijk
dikker wordende cirrostratusdek, dat aan de passage van het warmtefront voorafgaat,
kennelijk zeer geschikt is voor het zich ontwikkelen van lichtsterke, langdurig
zichtbare kringen. Moge de volkswijsheid niet geheel uit de lucht zijn gegrepen,
de betekenis voor de weersverwachting is uiterst gering en kan gerust verwaarloosd
worden.
Halo
van Parijs, 1233. |
Halo,
plaats en jaar niet bekend. | De
Stockholmse halo van 20 april 1535 naar een schilderij in de Grote Kerk te Stockholm.
| Gemiddeld
aantal halodagen in Nederland (1918-1953). |
Literatuur:
Minnaert, M., 1969. De natuurkunde van het vrije veld, Zutphen. (halo's:
deel 1; wolken: deel 2; hoekmetingen: deel 3).
Scorer, R., 1972. Clouds
of the world, Lothian Publ. Co. Melbourne I David and Charles, Newton
Abbot.
Tricker, R. A. R., 1970. Introduction to Meteorological Optics,
London.
Visser, S. W., 1957. Optische verschijnselen aan de hemel,
Den Haag.
Bronvermelding illustraties:
R. Scorer, pag. 366-367,
370-371 onder, 374 links, 378 rechtsboven en linksonder, 379, 381.
E. Schulthess,
pag. 364-365, 375.
D. 0. Staley, pag. 377.
Stadsmuseum Stockholm, pag.
382.