Was das Foto zeigt im Vergleich zur Kristallgeometrie
Wenn ein Weitwinkelfoto zwei helle leuchtende Flecken neben einer tief stehenden Wintersonne zeigt – verbunden durch einen schwachen Ring und überragt von einem umgekehrten Lächeln aus reinen Spektralfarben – nennen gewöhnliche Bildunterschriften das oft „drei Sonnen“. Physikalisch existiert nur eine Lichtquelle. Millionen treibender sechseckiger Eiskristalle in Cirrostratus oder polarem Diamantstaub wirken als winzige Glasprismen.
Wie Marcel Minnaert in seinem klassischen Werk Light and Color in the Outdoors und moderne Strahlverfolgungssimulationen belegen, wachsen Eiskristalle in der oberen Troposphäre je nach Temperatur und Übersättigung überwiegend in zwei Formen: flache sechseckige Plättchen und längliche sechseckige Säulen. Der Luftwiderstand richtet größere fallende Plättchen waagerecht aus, wie flatternde Blätter (etwa 100 bis 500 Mikrometer im Durchmesser), während winzige Kristalle unter 20 Mikrometern aufgrund der Brownschen Bewegung und Mikroturbulenzen zufällig taumeln.
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60°-Prismenkeil (22°-Halo & Nebensonnen)
Licht, das durch eine Seitenfläche eines sechseckigen Kristalls eintritt und durch eine gegenüberliegende Seitenfläche austritt, durchläuft einen wirksamen Keil von 60 Grad. Die minimale Ablenkung für gelb-rotes Licht in Eis (Brechungsindex 1,31) beträgt 21,8 Grad. Zufällige Ausrichtungen ergeben einen vollständigen Kreis; waagerechte Plättchen bündeln das Licht links und rechts der Sonne zu Nebensonnen (Parhelien).
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90°-Rechtwinkelflächen (Zirkumzenitalbogen & 46°-Bögen)
Strahlen, die durch die flache Basisfläche eines waagerechten Plättchens eintreten und durch eine senkrechte Seitenfläche austreten, durchlaufen ein 90-Grad-Prisma. Dies erzeugt die bemerkenswert reinen Farben des Zirkumzenitalbogens hoch über dem Kopf – sofern die Sonnenhöhe unter 32,3 Grad bleibt.
Strahlengang: 60°-Sechseck-Eisplättchen
Thermische Inversionen, Spiegelungen & der grüne Blitz
Die Luftdichte nimmt mit steigender Temperatur ab, wodurch sich der Brechungsindex der Luft um Bruchteile eines Prozents ändert. Über lange, horizontnahe Strecken biegen diese winzigen Gradienten Lichtstrahlen über Dutzende von Kilometern.
Bei einer unteren Spiegelung über sonnenverbranntem Asphalt krümmen sich die Strahlen nach oben, sodass das Himmelslicht wie schimmerndes Wasser auf der Straße erscheint. Umgekehrt biegt eine steile thermische Inversion die Strahlen nach unten, wenn warme Luft über eisige Polarmeere oder frühlingshafte Oberflächen der Großen Seen gleitet, und zwar so stark, dass sie der Erdkrümmung entspricht oder sie übertrifft. Wenn sich mehrere abwechselnd warme und kühle Luftschichten übereinander stapeln, werden ein einzelner Schiffsrumpf oder eine Felsklippe einer Insel abwechselnd gestaucht, umgekehrt und gestreckt zu einer Fata Morgana – das erklärt Jahrhunderte alter Karten mit Phantominseln und Fotos von „schwebenden Schiffen“.
Bei Sonnenuntergang über einem ungehinderten Meereshorizont trennt die atmosphärische Dispersion den grünen/smaragdfarbenen oberen Rand der Sonne etwas höher vom roten Rand, während die Rayleigh-Streuung die violetten Wellenlängen entfernt. Eine Kanalisierung durch Inversion vergrößert diesen oberen Rand für ein bis zwei Sekunden und erzeugt einen deutlichen grünen Blitz.
Diagnostischer Vergleich der Himmelsoptik
Nutzen Sie Sonnenstand, Blickrichtung und Winkelradius, um optische Fotos im Feld genau einzuordnen.
| Phänomen | Erforderliches Medium | Blickrichtung | Winkelradius / Sonnengrenze | Wichtiges visuelles Merkmal |
|---|---|---|---|---|
| 22°-Halo | Zufällig ausgerichtetes sechseckiges Eis | Zur Sonne oder zum Mond | 22° Radius; beliebige Sonnenhöhe | Dunklerer Himmel innerhalb des Rings (alexandersche Schattenzone); roter innerer Rand |
| Zirkumhorizontalbogen | Waagerecht ausgerichtete Eisplättchen | Unterhalb der hohen Sonne | 46° unterhalb der Sonne; Sonne > 57,8° hoch | Parallel zum Horizont; im Winter in hohen Breiten unmöglich |
| Zirkumzenitalbogen | Waagerecht ausgerichtete Eisplättchen | Hoch über dem Kopf in Richtung Sonne | Nahe dem Zenit; Sonne < 32,3° hoch | Umgekehrtes Regenbogenlächeln; roter Außenrand zur Sonne hin |
| Sonnenglorie | Gleichmäßige flüssige Wolkentröpfchen (10–25 µm) | Gegensonnenpunkt (Sonne hinter dem Beobachter) | 1° bis 5° konzentrische Ringe | Immer zentriert auf den Schatten des Flugzeugs oder den Kopfschatten des Beobachters |
| Wolkenirisieren | Frisch kondensierte gleichmäßige Tröpfchen | Innerhalb von etwa 15°–30° um die Sonne | Unregelmäßige pastellfarbene Flecken | Perlmutterfarbene Bänder, die den Konturen linsen- oder hutförmiger Wolken folgen |