Künstliche Halos
Experimente liefern tiefe Einblicke in Phänomene der atmosphärischen Optik.
Halos sind Phänomene der atmosphärischen Optik, die sich in den hohen und damit kalten Zirrus-Wolken abspielen. Eis-Halos entstehen durch Brechung und Reflexion des Sonnenlichts an winzigen Eiskristallen. Am häufigsten zu sehen sind zwei Formen von Halos: Die Nebensonnen genannten vornehmlich rötlichen Flecke links und rechts von der Sonne, sowie das kreisrunde 22 Grad-Halo, das als rötlicher Kreis um die Sonne herum erscheint.
Abb.: Die Halo-Maschine: Die Motoren drehen das in der transparenten Kugel eingefasste Prisma um alle drei Raumachsen. (Bild: M. Selmke, U. Leipzig)
Forschern der Universität Leipzig haben mithilfe von Experimenten tiefe Einblicke in die Mechanismen dieser Erscheinungen bekommen. Mit einem speziellen Glaskörper produzierten Markus Selmke und Sarah Borchardt künstliche Halos. Ausgangspunkt für die Untersuchungen war ein Experiment, das Selmke bei der „Langen Nacht der Wissenschaften“ im Sommer vergangenen Jahres vorgeführt hatte. Selmke und Borchardt versetzten ein sechseckiges Prisma in Rotation, um die verschiedenen Orientierungen von vielen Eis-Kristallen zu simulieren. Bei Beleuchtung verteilten sich die gebrochenen und reflektierten Strahlen mit unterschiedlicher Intensität.
Ihre quantitative Analyse dieses Experiments erweitert und bereichert den Ansatz von Auguste Bravais, welcher bereits vor 1847 ähnliche Experimente durchführte. Durch die theoretische Modellierung konnten Selmke und Borchardt erstmals detailliert einzelne Bestandteile des sogenannten Horizontalkreis-Halos beschreiben und die Winkelkoordinaten weiterer schwächerer Nebensonnen-Halos bestimmen.
Parallel dazu widmete sich auch der didaktischen Vermittlung von Halo-Phänomenen im Physik-Studium. Neben einer vereinfachten Version des Rotationsexperiments um eine einzelne feste Raum-Achse entwarf er eine Maschine, die ein künstliches Gegenstück zum kreisrunden 22 Grad-Halo erzeugt. Hierfür baute der Forscher eine Apparatur, die eine Hohlkugel zufällig um alle drei Raum-Achsen dreht. Das Prisma wurde dabei in die Hohlkugel eingepasst, sodass der Zufallsmechanismus alle Orientierungen des künstlichen Kristalls realisiert. Unter Beleuchtung erscheint bei entsprechend langer fotografischer Belichtung dann ein kreisrundes Halo.
Das Verständnis von atmosphärischen Phänomenen führte in der Vergangenheit zu diversen Anwendungen und Erkenntnissen. So gibt beispielsweise die Regenbogen-Refraktometrie Auskunft über die Eigenschaften von Wolken auf der Erde und auf anderen Welten wie dem Planeten Venus und dem Mond Titan. Ähnlich können auch Eis-Halos Informationen über atmosphärischen Bedingungen beinhalten. Der Orbiter Mars Global Surveyor konnte 2006 erstmals ein Exo-Halo auf dem Mars fotografieren. Nicht zuletzt mit Blick auf die Klimaforschung und den großen Einfluss von Wolken auf das Klima ist ein detailliertes Verständnis dieses Phänomens wertvoll.
AML / RK
