Sonne von der Erde

Auf den Bildern von Prof. Dr. Stephan Borrmann sind verschiedene Sonnen-Phänomene zu sehen.

Irrisieren
Das als “Irisieren” bezeichnete, perlmutfarbige, optische Phänomen entsteht durch Brechung des Sonnenlichts an unterkühlten Wassertröpfchen oder Eiskristallen. Besonders stark ausgeprägt ist es, in Zonen der Wolke, in der die Wolkenteilchen gleiche oder ähnliche Größen haben. Die Farbe, die man dabei sieht hängt von der Stellung der Sonne und der Teilchengröße ab. Daher ändert sich die Farbverteilung gelegentlich bei Wolken, die am Verdampfen sind.

Nebensonne
Die Nebensonnen entstehen als Aufhellungen zumeist des 22° Halos auf derselben Höhe wie die Sonne, wenn diese tief steht. Steht die Sonne höher über dem Horizont, liegen die Nebensonnen bei Winkeln, die größer als 22° sind. Ursache ist die Brechung des Lichtes an den hexagonalen Plättchen aus Eis innerhalb der Cirren. Dabei müssen die Plättchen so ausgerichtet sein, dass ihre Basisfläche (also die größte Fläche) koplanar zur Erdoberfläche ist. Je klarer die Luft, desto heller die Erscheinung der Nebensonnen.

Lichtsäulen
Das in der Arktis häufig vorkommende optische Phänomen der Lichtsäule (englisch “sun pillar”) entsteht durch Spiegelung des Sonnenlichts an säulen- oder plättchenförmigen Eiskristallen, die in waagerechter Lage fallen. In der Arktis entstehen solche Eiskristalle im Winter auch in klarer, wolkenfreier Luft. Die Kristalle müssen aber nicht alle “gleichgerichtet” schweben, dass ihre reflektierenden Flächen koplanar wie Facetten eines Spiegels angeordnet sind. Vielmehr pendeln die sedimentierenden Kristalle um ihre Achsen. Der Effekt ist besonders intensiv, wenn die Reflexion an den Unterseiten der Kristalle passiert, die Sonne also entsprechend tief steht. Dann sieht der Beobachter die Lichtsäule auch über der Sonnenscheibe stehend.
Da der optische Effekt der Lichtsäule durch Spiegelung an den Eiskristallflächen entsteht (und nicht durch Brechung beim Durchgang durch die Kristalle), bezeichnet man dieses Phänomen als Spiegelungshalo. Lichtsäulen treten oft zusammen mit Halos auf, wenn die Eiskristalle gleichartig und einigermassen monodispers sind. Bei gemeinsamem Vorkommen verschiedenartiger Eiskristalle entstehen Lichtsäulen auch schon unter Bedingungen, die für Halo Bildung nicht ausreichend sind.
Man kann Lichtsäulen auch bei tiefstehender Sonne über Wasserflächen beobachten. Dort werden die Reflexionen durch die Wellen verursacht. Außerdem treten sie bei Konstellationen, in denen parallel ausgerichtete Streuer das einfallende Licht in Vorwärtsrichtung streuen, auf.

Prof. Dr. Stephan Borrmann vom Max-Planck-Institut für Chemie und Institut für Physik der Atmosphäre der Johannes Gutenberg-Universität Mainz