{"id":232,"date":"2025-02-13T12:15:36","date_gmt":"2025-02-13T12:15:36","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ntnu.no\/blogger\/fysikkforfakirer\/?p=232"},"modified":"2025-02-13T12:15:36","modified_gmt":"2025-02-13T12:15:36","slug":"halofenomen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ntnu.no\/blogger\/fysikkforfakirer\/2025\/02\/13\/halofenomen\/","title":{"rendered":"Halofenomen"},"content":{"rendered":"\n

<\/p>\n\n\n\n

Det finns m\u00e5nga optiska fenomen som man kan observera i naturen. En \u00e4r regnb\u00e5gen som de flesta har sett \u00e4ven om den inte \u00e4r s\u00e5 vanlig att se d\u00e5 den kr\u00e4ver speciella f\u00f6ruts\u00e4ttningar. Det finns \u00e4ven andra fenomen som dom flesta har sett, exempelvis h\u00e4gringar, men det finns ett fenomen som \u00e4r vanligare \u00e4n regnb\u00e5gen men som inte alla observerar. Detta \u00e4r olika typer av halofenomen som syns som pelare, ringar, b\u00e5gar eller ljusfl\u00e4ckar p\u00e5 himlen. Halofenomen syns under speciella v\u00e4derf\u00f6rh\u00e5llanden och beror p\u00e5 ljusets brytning i iskristaller till skillnad mot regnb\u00e5gen d\u00e4r brytningen sker i regndroppar. Ljusk\u00e4llor som kan vara solen eller m\u00e5nen, men det kan ocks\u00e5 vara starka lampor, som gatubelysning.<\/p>\n\n\n\n

Halofenomen har observerats under tidernas lopp och beskrivits eller avbildats, bland annat finns dom avbildade i den s\u00e5 kallade V\u00e4dersolstavlan [1] i Storkyrkan i Stockholm som visar ett halofenomen som skulle ha setts den 20 april 1535. Ett av dom mest k\u00e4nda halofenomenen observerades i St. Petersburg 18 juli 1794, som uppvisade ett mycket vackert m\u00f6nster[2].<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Simulering av St Petersburg halofenomenet (Zenitcentrerad fisheye vy)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

\u00c4ven om de ovan n\u00e4mnd halofenomenen \u00e4r mycket spektakul\u00e4ra s\u00e5 \u00e4r \u00e4ven dom mer vardagliga v\u00e4l v\u00e4rda att uppm\u00e4rksamma, speciellt som dom \u00e4r ganska vanliga. Vad som beh\u00f6vs f\u00f6r att man skall f\u00e5 ett halo \u00e4r att det bildas iskristaller i atmosf\u00e4ren. Is ger hexagonala kristaller, n\u00e5got som kan ses genom den sexfaldiga symmetrin hos sn\u00f6kristaller. Iskristallernas form och storlek kommer bero p\u00e5 temperatur och luftfuktighet. En l\u00e5ngsam kristalltillv\u00e4xt som ger fina enkla kristaller kr\u00e4ver en l\u00e5g luftfuktighet, ca 0.05-0.1 gram vatten per kubikmeter. \u00c4r luftfuktigheten h\u00f6g sker tillv\u00e4xten f\u00f6r snabbt och h\u00e5lrum samt mer komplexa strukturer kan bildas, n\u00e5got som alla som odlat kristaller vet kan h\u00e4nda vid f\u00f6r snabb tillv\u00e4xt. Men \u00e4ven temperaturen spelar roll f\u00f6r kristallernas utseende. Vid temperaturer mellan \u20133\u00ba och \u201310\u00ba samt temperaturer under -21\u00ba bildas enkla avl\u00e5nga prismor, medan det i mellanintervallet bildas plattor.<\/p>\n\n\n\n

\n
\"\"
Iskristall platta<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
\"\"
Iskristall prisma<\/figcaption><\/figure>\n<\/figure>\n\n\n\n

Dessa kristaller f\u00f6rekommer ofta i de sl\u00f6jformade cirrostratus molnen, vilka \u00e4r s\u00e5 tunna att ljuset fr\u00e5n sol och m\u00e5ne sl\u00e4pps igenom. Cirrostratus f\u00f6reg\u00e5r oftast en varmfront, varf\u00f6r man b\u00f6r titta efter halofenomen n\u00e4r en varmfront \u00e4r i ant\u00e5gande, men kan \u00e4ven ses efter en kallfront.<\/p>\n\n\n\n

N\u00e4r ljuset faller in mot dessa kristaller kommer det att brytas. D\u00e5 en hexagon kan ses som tv\u00e5 sammansatta avhuggna 60\u00ba prisman (toppvinkeln 60\u00ba) kan man snabbt och enkelt r\u00e4kna ut att vi kommer att f\u00e5 en minimideviation hos ljuset, det vill s\u00e4ga att avl\u00e4nkningen av ljuset, inte kan vara mindre \u00e4n en viss vinkel. F\u00f6r ett 60\u00ba prisma med brytningsindex n=1.33 (is och vatten) f\u00e5r man en vinkel p\u00e5 22\u00ba , det vill s\u00e4ga att det kommer att bildas en ring runt solen eller m\u00e5nen med en vinkel p\u00e5 22\u00ba fr\u00e5n centrum. En bra minnesregel \u00e4r att om man h\u00e5ller armen utstr\u00e4ckt s\u00e5 kommer avst\u00e5ndet mellan tummen och det utstr\u00e4ckta lillfingret att vara ca 22\u00ba. Detta g\u00f6r att man relativt l\u00e4tt kan hitta 22\u00ba ringen. Att det blir en ring beror p\u00e5 att kristallerna har en slumpm\u00e4ssig orientering i atmosf\u00e4ren.<\/p>\n\n\n\n

Men kristallerna kommer \u00e4ven att kunna orientera sig i luften n\u00e4r dom \u201dfaller\u201d och detta kommer att ge upphov till ytterligare effekter. Plattorna kommer p\u00e5 samma s\u00e4tt som l\u00f6v falla med basytan horisontellt, medan prismorna orienterar sig s\u00e5 att den l\u00e5nga axeln faller horisontellt, det vill s\u00e4ga dom f\u00e5r en orientering som visas i bilden av kristallerna ovan.<\/p>\n\n\n\n

Det \u00e4r m\u00f6jligt att g\u00f6ra simuleringar av olika Halofenomen med olika datorprogram. Ett av dessa \u00e4r Halosim. Man har m\u00f6jligheten att v\u00e4lja b\u00e5de kristaller och deras orientering i luften f\u00f6r att se vila halon man f\u00e5r. I figuren under visas de halon man kan f\u00e5 f\u00f6r ett typiskt cirrostratosmoln. De olika halon man ser beror p\u00e5 olika brytningar och reflektioner i iskristallerna.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Simulering med n\u00e5gra vanliga halon; (Simuleringsdata: solh\u00f6jd 27\u00b0, Orientering; slumpm\u00e4ssiga (40%), horisontella prismor (25%), Plattor (35%).)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Parhelia b\u00e5gen uppkommer genom reflektioner p\u00e5 iskristallernas ytor och inte genom brytning. Dessa ger \u00e4ven upphov till solpelare som man kan se n\u00e4r solen st\u00e5r l\u00e5gt eller \u00f6ver gatlampor i kallt v\u00e4der.<\/p>\n\n\n\n

Det vanligaste halofenomenet \u00e4r 22\u00ba halon som framtr\u00e4der vid alla solh\u00f6jder. Ursprunget \u00e4r minimideviationen i iskristallerna, det \u00e4r fr\u00e4mst plattorna som ger detta fenomen. H\u00e4r \u00e4r det viktigt att orienteringen \u00e4r slumpm\u00e4ssig f\u00f6r r\u00e5der en situation d\u00e4r iskristallerna \u00e4r fullst\u00e4ndigt orienterade kommer 22\u00ba halon inte att synas.<\/p>\n\n\n\n

Parhelia eller bisolar uppkommer genom att ljuset bryts i dom horisontellt sv\u00e4vande plattorna. Parhelias placering beror p\u00e5 solens h\u00f6jd, d\u00e4r dom ligger p\u00e5 22\u00ba ringen d\u00e5 solen ligger i horisonten. F\u00f6r andra solh\u00f6jder kommer dom att avl\u00e4gsna sig ut\u00e5t l\u00e4ngs parhelia b\u00e5gen men alltid ligga p\u00e5 den. Dessa uppkommer dock inte f\u00f6r solh\u00f6jder \u00f6ver 61\u00ba. Genom intern reflektion i kristallerna kan man f\u00e5 flera sub-parhelia, \u00e4ven dom p\u00e5 parhelia b\u00e5gen. Se simuleringen av St. Petersburgs halofenomenet (figur 1.), man \u00e4ven p\u00e5 v\u00e4dersolstavlan finns sub-parhelia m\u00e5lade.<\/p>\n\n\n\n

\u00d6vre och nedre tangentb\u00e5gen som \u00e4r sammankopplade med 22\u00ba halon, uppkommer p\u00e5 samma s\u00e4tt men nu \u00e4r det slumpm\u00e4ssigt orienterade prismor som \u00e4r upphovet. \u00c4ven h\u00e4r kommer solh\u00f6jden att ha betydelse f\u00f6r utseendet, d\u00e4r solh\u00f6jder \u00f6ver 40\u00ba g\u00f6r att b\u00e5garna sm\u00e4lter samman till ett \u201dcircumscribed\u201d halo. H\u00e4r har vi alla m\u00f6jliga orienteringar f\u00f6r prismorna, men det finns ett specialfall med ytterligare restriktioner, n\u00e4mligen att\u00a0 den l\u00e5nga basytan \u00e4r horisontell. Kristallen \u201dvilar\u201d s\u00e5 att s\u00e4ga p\u00e5 en plan yta. Detta kallas f\u00f6r Parry orientering och ger upphov till s\u00e5 kallade Parry b\u00e5gar.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Parry-orientering<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Den cirkumzenitala b\u00e5gen uppkommer genom att ljus kommer in genom en av sidoytorna och ut genom basytan. Detta kan bara intr\u00e4ffa d\u00e5 solh\u00f6jden \u00e4r under 32\u00ba.\u00a0\u00a0<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Str\u00e5lg\u00e5ng som ger ett cirkumzenitalt halo<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Kommer ljuset in genom basytan och g\u00e5r ut genom en av sidoytorna erh\u00e5lles en cirkumhorisontal b\u00e5ge, vilket bara sker vid solh\u00f6jder \u00f6ver 58\u00ba.<\/p>\n\n\n\n

I till\u00e4gg till dessa vanligaste, finns ett antal andra namngivna halon som inte tas upp h\u00e4r, men som finns beskrivna i olika b\u00f6cker [3-6] och hemsidor p\u00e5 n\u00e4tet (se l\u00e4nklistan). Det \u00e4r intressant att anv\u00e4nda sig av dessa fenomen i undervisningen och koppla naturliga fenomen till vad man kan producera i skolsalen, antingen genom datorsimuleringar eller direkta experiment.<\/p>\n\n\n\n

Datorsimuleringar av halofenomen.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Med dagens datorer \u00e4r det l\u00e4tt att k\u00f6ra simuleringar f\u00f6r att synligg\u00f6ra olika fenomen. N\u00e4r det g\u00e4ller halon finns ett n\u00e5gra olika program, d\u00e4r den som anv\u00e4nds mest \u00e4r Halosim som \u00e4r skrivet av Les Cowley och Michael Schr\u00f6der.F\u00f6r att anv\u00e4nda programmet b\u00f6r man antigen ha tillg\u00e5ng till en bra bok eller en websida som beskriver olika halon som st\u00f6d. Simuleringarna i denna artikel har skapats med Halosim. F\u00f6r att visa en del av m\u00f6jligheterna visas resultatet av en simulering d\u00e4r solh\u00f6jden varierats fr\u00e5n horisonten (0\u00b0) till 45\u00b0, d\u00e4r parhelia\u2019s l\u00e4ge visas. I simuleringen syns \u00e4ven 22\u00b0 halon och parhelia b\u00e5gen, vid 0\u00b0 och 15\u00b0 ser man \u00e4ven solpelarna. I dessa simuleringar har plattor med horisontell (70%) och slumpm\u00e4ssing (30%) orientering anv\u00e4nts, dom slumpm\u00e4ssiga f\u00f6r att f\u00e5 fram 22\u00b0 halon. Horisonten finns \u00e4ven med p\u00e5 samtliga simuleringar.<\/p>\n\n\n\n

\n
\"\"
0 grader solh\u00f6jd<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
\"\"
15grader solh\u00f6jd<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
\"\"
30 grader solh\u00f6jd<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
\"\"
45 grader solh\u00f6jd<\/figcaption><\/figure>\n<\/figure>\n\n\n\n

J\u00e4mf\u00f6r man med observationer st\u00e4mmer dessa simuleringar bra. P\u00e5 detta s\u00e4tt kan man g\u00f6ra ett antal simuleringar och j\u00e4mf\u00f6ra dom med observationer eller fotografier f\u00f6r att se vad som gett dessa fenomen.<\/p>\n\n\n\n

Experiment p\u00e5 halofenomen.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Men det \u00e4r m\u00f6jligt om \u00e4n lite omst\u00e4ndigt att \u00e5terskapa en del av de halo fenomen som man ser i naturen. Om man begr\u00e4nsar sig till att \u00e5terskapa parhelia, s\u00e5 \u00e4r det fullt tillr\u00e4ckligt med ett 60\u00b0-prisma (liksidigt) i glas eller plexiglas. Man monterar prismat p\u00e5 en roterande platta och belyser det med en stark fokuserad ljusstr\u00e5le. I och med att ljuset kommer spridas runt i rummet skall man inte anv\u00e4nda en laser till detta. Man kommer d\u00e5 att observera att parhelia bildas, inte med en vinkel p\u00e5 22\u00b0 d\u00e5 brytningsindex f\u00f6r glas (n~1.6) eller plexiglas (n~1.48) \u00e4r st\u00f6rre \u00e4n f\u00f6r is (n=1.31), men principen visas klart. Genom att luta p\u00e5 prismorna kan man simulera olika solh\u00f6jder. I figurerna nedan visas detta med ett plexiglas prisma f\u00f6r olika solh\u00f6jder (j\u00e4mf\u00f6r med simuleringarna ovan).<\/p>\n\n\n\n

\n
\"\"<\/figure>\n\n\n\n
\"\"<\/figure>\n\n\n\n
\"\"<\/figure>\n\n\n\n
\"\"<\/figure>\n<\/figure>\n\n\n\n

Man b\u00f6r observera att parhelia i dessa f\u00f6rs\u00f6k uppvisar olika f\u00e4rger, n\u00e5got som \u00e4ven f\u00f6rekommer i naturen men inte i lika h\u00f6g grad d\u00e5 dispertionen \u00e4r st\u00f6rre i glas och plexiglas \u00e4n i is.<\/p>\n\n\n\n

Att visa att man f\u00e5r ett 22\u00b0 halo i form av en ring \u00e4r lite mer besv\u00e4rligt. Problematiken \u00e4r den samma n\u00e4r det g\u00e4ller att visa hur regnb\u00e5gen uppst\u00e5r och att den \u00e4r en del av en ring. Ett klassiskt s\u00e4tt att visa detta beskrevs av David Brewster. Man observerar solen genom en glasplatta som t\u00e4ckts av alun (KAl(SO4<\/sub>)7<\/sub>) kristaller, vilket g\u00f6r att tre ringar syns. Problemet \u00e4r dock att f\u00e5 en bra kvalitet p\u00e5 kristallerna, n\u00e5got som \u00e4r ganska sv\u00e5rt.<\/p>\n\n\n\n

F\u00f6r att f\u00e5 fram andra halofenomen kr\u00e4vs att man har ett hexagonalt prisma. Detta \u00e4r inte vanligt men kan tillverkas i plexiglas.<\/p>\n\n\n\n

Att \u00e5stadkomma olika tangentb\u00e5gar \u00e4r av tekniska sk\u00e4l sv\u00e5rt d\u00e5 man egentligen beh\u00f6ver rotera i tv\u00e5 riktningar samtidigt. Dock \u00e4r det m\u00f6jligt att utnyttja den begr\u00e4nsning som Parry orientering inneb\u00e4r, vilket \u00e4r ett subset av den horisontella orienteringen s\u00e5 man kommer endast att se vissa delar av tangentb\u00e5garna, dom s\u00e5 kallade Parry b\u00e5garna. I figuren nedan visas en simulering med Parry orientering och 25\u00b0 solh\u00f6jd och ett experiment med plexiglasprismor. I simuleringen har 22\u00b0 ringen lagts till f\u00f6r att ge en uppfattning om storleken.<\/p>\n\n\n\n

Man kan utan problem j\u00e4mf\u00f6ra dom olika komponenterna mellan experiment och simulering. Man kan \u00e4ven rotera prismat f\u00f6r hand och d\u00e4rigenom identifiera str\u00e5lg\u00e5ngen, som d\u00e5 kan j\u00e4mf\u00f6ras med de str\u00e5lg\u00e5ngar som finns i b\u00f6cker.<\/p>\n\n\n\n

\n
\"\"
Simulering av Parry halo<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
\"\"
Experimentell Parry halo<\/figcaption><\/figure>\n<\/figure>\n\n\n\n

F\u00f6r de cirkumzenitala och cirkumhorisontala b\u00e5garna g\u00e5r inte dessa att f\u00e5 med glas eller plexiglas d\u00e5 ett krav f\u00f6r att f\u00e5 fram dom \u00e4r att brytningsindex \u00e4r mindre \u00e4n roten ur 2, detta p\u00e5 grund av att vi har en 90\u00b0 vinkel i processen d\u00e5 ljuset m\u00e5ste g\u00e5 igenom s\u00e5 v\u00e4l en sidoyta som en topp\/bottenyta. En l\u00f6sning p\u00e5 detta problemet vore att tillverka en hexagonal beh\u00e5llare med tunna v\u00e4ggar (exempelvis mikroskopglas) och fylla den med vatten, det finns dock gjutformar f\u00f6r ljus i form av hexagoner som kan anv\u00e4ndas om man limmar p\u00e5 ett lock.<\/p>\n\n\n\n

\u00c4ven om halos inte \u00e4r ett fenomen som m\u00e5nga k\u00e4nner till s\u00e5 upptr\u00e4der dom ofta och g\u00f6r att folk h\u00f6r av sig till exempelvis olika medier n\u00e4r dom \u00e4r extra tydliga. Detta uppm\u00e4rksammas ibland i samband med v\u00e4derprognoserna i tv. Men det g\u00e5r med relativt enkla medel att visa hur dom uppst\u00e5r och detta kan anv\u00e4ndas i skolan som ett s\u00e4tt att visa att fysik inte \u00e4r s\u00e5 tr\u00e5kigt. Dessutom kan man f\u00f6ra in ett mer tv\u00e4rvetenskapligt t\u00e4nkande, d\u00e5 fenomenet \u00e4r relaterat till meteorologi. Har man riktigt tur med v\u00e4dret kan man \u00e4ven g\u00e5 ut och g\u00f6ra m\u00e4tningar och kan d\u00e5 \u00e4ven f\u00e5 ett matematiskt perspektiv.<\/p>\n\n\n\n

    \n
  1. https:\/\/no.wikipedia.org\/wiki\/%C2%ABV%C3%A4dersolstavlan%C2%BB<\/a><\/li>\n\n\n\n
  2. https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Lowitz_arc<\/a><\/li>\n\n\n\n
  3. R. Greenler, Rainbows, Halos and Glories. Cambridge University Press, 1980, ISBN 0521-38865-1.<\/li>\n\n\n\n
  4. W. Tape, Atmospheric Halos. American Geophysical Society, 1994, ISBN 0-87590-834-9.<\/li>\n\n\n\n
  5. D.K. Lynch and W. Livingstone, Color and Light in Nature. Cambridge University Press, 2001, ISBN 0-521-775043.<\/li>\n\n\n\n
  6. M.G.J. Minnaert, Light and Color in the Outdoors. Springer-Verlag, 1993, ISBN 0-387-97935-2<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n

    Web-sidor:<\/p>\n\n\n\n

    Halosim:<\/p>\n\n\n\n

    https:\/\/halosim.software.informer.com\/3.6<\/a><\/p>\n\n\n\n

    Atmospheric Optics, Websida med massa information om halos:<\/p>\n\n\n\n

    https:\/\/www.atoptics.org.uk<\/a><\/p>\n\n\n\n

    Finnish Halo Observers Network Homepage;<\/p>\n\n\n\n

    http:\/\/www.ursa.fi\/ursa\/jaostot\/halot\/english.html<\/a><\/p>\n\n\n\n

    <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Det finns m\u00e5nga optiska fenomen som man kan observera i naturen. En \u00e4r regnb\u00e5gen som de flesta har sett \u00e4ven om den inte \u00e4r s\u00e5 vanlig att se d\u00e5 den kr\u00e4ver speciella f\u00f6ruts\u00e4ttningar. Det finns \u00e4ven andra fenomen som dom flesta har sett, exempelvis h\u00e4gringar, men det finns ett fenomen som \u00e4r vanligare \u00e4n regnb\u00e5gen […]<\/p>\n","protected":false},"author":234,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[37,5,46,1],"tags":[13],"class_list":["post-232","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-experiment","category-fysik","category-the-light-side","category-uncategorized","tag-fysik"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.ntnu.no\/blogger\/fysikkforfakirer\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/232","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.ntnu.no\/blogger\/fysikkforfakirer\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.ntnu.no\/blogger\/fysikkforfakirer\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ntnu.no\/blogger\/fysikkforfakirer\/wp-json\/wp\/v2\/users\/234"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ntnu.no\/blogger\/fysikkforfakirer\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=232"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/www.ntnu.no\/blogger\/fysikkforfakirer\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/232\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":258,"href":"https:\/\/www.ntnu.no\/blogger\/fysikkforfakirer\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/232\/revisions\/258"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.ntnu.no\/blogger\/fysikkforfakirer\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=232"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ntnu.no\/blogger\/fysikkforfakirer\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=232"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ntnu.no\/blogger\/fysikkforfakirer\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=232"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}