Haloerscheinungen – warum sich manchmal ein leuchtender Ring um die Sonne bildet

Ein klarer Herbstmorgen, die Sonne steht noch nicht besonders hoch und am Himmel ziehen dünne, fast durchsichtige Schleierwolken vorüber. Plötzlich fällt etwas Ungewöhnliches auf: In einiger Entfernung zur Sonne erscheint ein großer, kreisförmiger Lichtbogen. Manchmal ist er nur schwach weißlich zu erkennen, gelegentlich zeigt er sogar zarte Regenbogenfarben.

Wer dieses Phänomen zum ersten Mal beobachtet, könnte vermuten, dass es sich um einen besonders großen Regenbogen handelt. Tatsächlich steckt dahinter jedoch ein völlig anderer physikalischer Vorgang.

Meteorologen bezeichnen solche Erscheinungen als Halos. Sie entstehen, wenn Sonnenlicht durch winzige Eiskristalle in hohen Wolken gebrochen oder reflektiert wird.

Besonders häufig lässt sich der sogenannte 22-Grad-Halo beobachten. Sein Name beschreibt bereits eine seiner wichtigsten Eigenschaften: Der sichtbare Ring besitzt einen Winkelradius von ungefähr 22 Grad um die Sonne.

Haloerscheinungen gehören zu den eindrucksvollsten optischen Phänomenen unserer Atmosphäre. Gleichzeitig verraten sie etwas über die Beschaffenheit der Wolken in mehreren Kilometern Höhe und können unter bestimmten Umständen Hinweise auf bevorstehende Wetteränderungen liefern.

Kernaussagen

Ein Halo ist eine atmosphärische Lichterscheinung, die durch Brechung oder Reflexion von Sonnen- beziehungsweise Mondlicht an Eiskristallen entsteht.

Besonders häufig treten Halos in hohen Schleierwolken auf, die überwiegend aus Eiskristallen bestehen. Dazu gehören vor allem Cirrostratuswolken.

Diese Wolken befinden sich in unseren Breiten häufig in Höhen von etwa sechs bis zwölf Kilometern.

Die Eiskristalle besitzen vielfach eine sechseckige Grundstruktur. Ihre Form und Orientierung bestimmen, welche optischen Erscheinungen entstehen können.

Beim häufigsten Halo, dem 22-Grad-Ring, wird das Sonnenlicht beim Durchgang durch die Seitenflächen solcher Kristalle gebrochen.

Dabei wird weißes Sonnenlicht in seine verschiedenen Spektralfarben aufgeteilt.

Die Innenseite des Rings erscheint häufig leicht rötlich, während nach außen gelbliche, grünliche und bläuliche Farbtöne folgen können.

Im Gegensatz zu einem Regenbogen entsteht der 22-Grad-Halo nicht durch Regentropfen, sondern durch Eiskristalle.

Sein Auftreten bedeutet außerdem nicht zwangsläufig, dass unmittelbar schlechtes Wetter bevorsteht. Allerdings können die verantwortlichen hohen Schleierwolken gelegentlich Vorboten einer herannahenden Warmfront sein.

Meteorologischer Hintergrund

Um die Entstehung eines Halos zu verstehen, lohnt sich zunächst ein Blick auf die hohen Wolkenschichten unserer Atmosphäre.

Während tiefere Wolken häufig überwiegend aus flüssigen Wassertröpfchen bestehen, herrschen in der oberen Troposphäre oft Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt.

Dort können sich Wolken aus zahlreichen winzigen Eiskristallen bilden.

Besonders typisch sind Cirrus- und Cirrostratuswolken.

Cirruswolken erscheinen häufig als einzelne faserige oder federartige Gebilde. Cirrostratuswolken bilden dagegen eher ausgedehnte, dünne Schleier, die große Teile des Himmels bedecken können.

Diese Wolken sind oftmals so transparent, dass die Sonne weiterhin deutlich sichtbar bleibt.

Genau unter solchen Bedingungen können Haloerscheinungen auftreten.

Die entscheidende Voraussetzung ist die besondere Form der Eiskristalle.

Wassermoleküle ordnen sich beim Gefrieren in einer hexagonalen Kristallstruktur an. Dadurch entstehen häufig Kristalle mit sechseckigem Querschnitt.

Je nach Wachstumsbedingungen können diese Kristalle beispielsweise die Form kleiner Plättchen oder länglicher Säulen besitzen.

Für die Entstehung des 22-Grad-Halos sind insbesondere die Seitenflächen dieser Kristalle von Bedeutung.

Zwischen zwei benachbarten Seitenflächen eines idealen hexagonalen Eiskristalls liegt ein Winkel von 60 Grad.

Damit wirken diese Flächen wie ein winziges optisches Prisma.

Trifft Sonnenlicht auf einen solchen Kristall, verändert es beim Übergang von Luft in Eis seine Ausbreitungsrichtung.

Dieser Vorgang wird Lichtbrechung genannt.

Die Ursache liegt darin, dass sich Licht in Eis langsamer ausbreitet als in Luft.

Beim Austritt aus dem Kristall wird das Licht erneut gebrochen.

Die gesamte Ablenkung hängt unter anderem vom Einfallswinkel und von der Wellenlänge des Lichts ab.

Für einen idealisierten Eisprismengang mit einem brechenden Winkel von 60 Grad ergibt sich eine minimale Ablenkung von ungefähr 22 Grad.

Genau daraus entsteht der Name des bekanntesten Halos.

Interessant ist, dass nicht alle Farben des Sonnenlichts gleich stark gebrochen werden.

Rotes Licht wird etwas weniger stark abgelenkt als blaues oder violettes Licht.

Deshalb erscheint die innere Begrenzung des 22-Grad-Halos häufig rötlich.

Weiter außen können gelbliche, grünliche und bläuliche Farbtöne auftreten.

Allerdings sind diese Farben meist wesentlich schwächer ausgeprägt als bei einem Regenbogen.

Oft erscheint der äußere Teil des Halos lediglich weißlich.

Warum entsteht nun ein vollständiger Kreis?

Die Antwort liegt in der räumlichen Orientierung der Eiskristalle.

Innerhalb einer Wolke befinden sich unzählige Kristalle, die bei der Entstehung eines gewöhnlichen 22-Grad-Halos unterschiedlich ausgerichtet sind.

Nur ein Teil davon besitzt gerade die passende Orientierung, um Sonnenlicht in Richtung des Beobachters abzulenken.

Die geeigneten Kristalle befinden sich jedoch an vielen unterschiedlichen Positionen rund um die gedachte Verbindungslinie zwischen Auge und Sonne.

Dadurch entsteht ein kreisförmiges Muster.

Der Ring ist also kein festes Objekt, das irgendwo in der Wolke hängt.

Vielmehr handelt es sich um eine optische Erscheinung, die von der Position des Beobachters abhängt.

Zwei Menschen, die einige hundert Meter voneinander entfernt stehen, sehen deshalb nicht exakt dieselben Eiskristalle leuchten.

Jeder Beobachter besitzt gewissermaßen seinen eigenen Halo.

Besonders bemerkenswert ist seine Größe.

Der 22-Grad-Halo besitzt einen Winkelradius von etwa 22 Grad und damit einen Winkeldurchmesser von ungefähr 44 Grad.

Zum Vergleich: Der scheinbare Durchmesser der Sonne beträgt nur etwa ein halbes Grad.

Der Haloring ist damit am Himmel ungefähr 88-mal so breit wie die Sonnenscheibe.

Diese enorme Ausdehnung erklärt, warum sich der gesamte Ring mit einer normalen Kamera manchmal nur schwer aufnehmen lässt.

Ein Weitwinkelobjektiv ist dafür deutlich besser geeignet.

Neben dem vollständigen 22-Grad-Halo existieren zahlreiche weitere Haloerscheinungen.

Besonders bekannt sind die sogenannten Nebensonnen.

Dabei erscheinen links und rechts der Sonne helle, gelegentlich farbige Lichtflecken.

Sie entstehen ebenfalls durch Brechung an Eiskristallen, allerdings spielen dabei bevorzugt horizontal ausgerichtete, plättchenförmige Kristalle eine wichtige Rolle.

Nebensonnen befinden sich bei niedrigem Sonnenstand häufig ungefähr 22 Grad seitlich der Sonne.

Ihre Farbverteilung ähnelt derjenigen des 22-Grad-Halos: Zur Sonne hin erscheint häufig ein rötlicher Bereich, während die äußeren Teile weißlich oder schwach bläulich wirken.

Auch Lichtsäulen, Horizontalkreise und verschiedene Berührungsbögen gehören zur großen Familie der Haloerscheinungen.

Welche Formen sichtbar werden, hängt wesentlich von der Gestalt, Größe und räumlichen Ausrichtung der Eiskristalle ab.

Meteorologisch interessant ist außerdem der Zusammenhang zwischen Haloerscheinungen und der Wetterentwicklung.

Hohe Cirrostratuswolken können im Vorfeld einer Warmfront auftreten.

Bei einer herannahenden Warmfront gleitet wärmere Luft großräumig über eine kältere Luftmasse auf.

Dabei entstehen häufig zunächst hohe Wolken, die sich im weiteren Verlauf verdichten.

Unter geeigneten Bedingungen können deshalb zuerst Cirrus- und Cirrostratuswolken auftreten, bevor später mittelhohe und tiefere Wolkenschichten folgen.

Wenn sich in diesen hohen Wolken passende Eiskristalle befinden, kann ein Halo sichtbar werden.

Aus diesem Zusammenhang stammt die alte Wetterregel, dass ein Ring um die Sonne Regen ankündigen könne.

Ganz falsch ist diese Beobachtung nicht.

Allerdings darf sie nicht als zuverlässige Vorhersageregel verstanden werden.

Hohe Eiswolken können auch unabhängig von einer herannahenden Warmfront entstehen.

Ein Halo allein reicht deshalb nicht aus, um auf bevorstehenden Niederschlag zu schließen.

Erst die Kombination mit der allgemeinen Wetterlage, der Wolkenentwicklung, dem Luftdruckverlauf und der Höhenströmung erlaubt eine meteorologisch fundierte Einschätzung.

Für die Wetterbeobachtung ist der Halo trotzdem wertvoll.

Er zeigt unmittelbar, dass sich in der betreffenden Wolkenschicht Eiskristalle mit geeigneten optischen Eigenschaften befinden.

Damit ermöglicht er einen faszinierenden Einblick in physikalische Vorgänge, die mehrere Kilometer über dem Erdboden stattfinden.

Schon gewusst?

Haloerscheinungen können nicht nur um die Sonne, sondern auch um den Mond auftreten.

Ein Mondhalo entsteht nach demselben physikalischen Prinzip wie ein Sonnenhalo.

Auch hier wird das Licht durch Eiskristalle in hohen Wolken gebrochen.

Da das Mondlicht jedoch wesentlich schwächer ist als Sonnenlicht, erscheinen Mondhalos meist weißlich.

Die feinen Spektralfarben sind für das menschliche Auge bei schwacher Beleuchtung häufig kaum wahrnehmbar.

Besonders eindrucksvoll sind Mondhalos in klaren Winternächten bei Vollmond und dünner Cirrostratusbewölkung.

Ein weiterer interessanter Punkt betrifft die Temperatur.

Obwohl Halos durch Eiskristalle entstehen, muss es am Erdboden keineswegs frostig sein.

Selbst an einem warmen Sommertag mit 25 oder 30 Grad können in zehn Kilometern Höhe Temperaturen von minus 40 Grad oder darunter herrschen.

Dort existieren dann ideale Bedingungen für die Bildung von Eiswolken.

Ein Halo ist deshalb kein Hinweis auf unmittelbar bevorstehenden Frost am Boden.

Wer eine solche Erscheinung beobachten möchte, sollte besonders auf dünne Schleierwolken achten, durch die die Sonne noch gut erkennbar ist.

Dabei ist Vorsicht wichtig: Niemals direkt in die Sonne schauen. Am besten verdeckt man die Sonnenscheibe mit einem Gebäude, einem Baum oder der ausgestreckten Hand und betrachtet den Himmel in einiger Entfernung zur Sonne.

Mit etwas Glück erscheint dann ein großer, nahezu kreisförmiger Lichtbogen.

Auch über Brachwitz und dem Saaletal lassen sich solche Erscheinungen beobachten.

Sie erinnern daran, dass unsere Atmosphäre nicht nur das Wetter bestimmt, sondern gleichzeitig ein gewaltiges natürliches optisches System ist, in dem Sonnenlicht, Wolken und winzige Eiskristalle immer wieder beeindruckende Bilder entstehen lassen.