Halos entstehen an Eiskristallen die in der Luft schweben. Das Licht wird wie in einem Prisma gebrochen (teilweise mehrmals) und in seine Bestandteile, der Farben, zerlegt. Das Licht kann auch einfach nur reflektiert werden. Doch wie entstehen solche Eiskristalle überhaupt?
Wasser gefriert bei normalen atmosphärischen Bedingungen bei etwa 0°C (entsprechen 273,15K) und das auch nur mit dem Vorhandensein von Kristallisationskeimen. Dies bedeutet, es bedarf also einer Oberfläche wo das Wasser dann sich zu Eis umformen kann. In der Atmosphäre ist es jetzt aber so, dass nicht überall gleich solche Kristallisationskeime vorhanden sind und das Wasser somit noch unter 0°C flüssig bleiben kann. Gibt es keine Keime, kann Wasser sogar noch bis etwa -40°C flüssig bleiben! Kristallisationskeime in der Luft sind übrigens winzige Teilchen zum Beispiel in Form von Staub, Sand, Pollen oder sogar Meersalz, man spricht hierbei von sogenannten Aerosolen. Und genau an diesen Aerosolen kann Wasser sich dann als Eis anlagern. Wasser geriert dabei in einem hexagonalem Gitter, weshalb Eis eine hexagonale (also sechseckige) Form annimmt. Bei Temperaturen wenig unter 0°C bilden sich vorerst Nadeln und Dentriten (das sind die Schneesterne), ab etwa -10°C sind es dann Plättchen und Säulen, bzw. Prismen und genau diese sind für die Halos verantwortlich. Oft kann man bei Schneeflocken genau diese Strukturen erkennen, dass zum Beispiel in der Mitte ein Plättchen ist und außen dann Nadenln angewachsen sind. Tja, Faszination Schnee, doch das ist ein anderes Thema ;-)
Wir haben also jetzt Plättchen und Säulen/Prismen, doch wie entstehen jetzt die Halos daraus?
Diese Eiskristalle wirken jetzt wie ein 60°-Prisma, in denen das Licht dann gebrochen wird in seine farbigen Bestandteile. Doch Halos sind nicht gleich Halos. Denn von diesen gibt es unzählige Arten, die aus der Ausrichtung dieser Eiskristalle resultieren. Die Plättchen und Säulen haben dabei zwei Basisflächen und sechs Prismenflächen. Viele Kristalle sind genauso lang wie breit und nehmen deshalb keine besondere Lage in der Luft an, schweben also willkürlich in der Luft herum. Das Licht wird dabei in alle Richtungen gebrochen. Bei einem Winkel von 22° ändert sich die Richtung des Lichtstrahls in einem rotierenden Prisma nur langsam und es entsteht eine Aufhellung bei diesem Winkel. Genau aus diesem Grund entsteht dabei der sogenannte 22°-Ring. Es ist die häufigste Halo-Art und kann im Jahr an durchaus 80 bis 120 Tagen auftreten. Rotes Licht wird stärker gebrochen als blaues, weshalb der Innenbereich des 22°-Ringes oft rot ist. Ein passendes Bild wird weiter unten gezeigt, wo verschiedene Halo-Arten aufgelistet sind. Während der 22°-Ring durch eine Brechung an zwei Prismenflächen entsteht, gibt es auch noch den Fall, wo der Lichtstrahl in eine Prismenfläche eintritt und dann gebrochen aus einer Basisfläche kommt. Hierbei entsteht dann der 46°-Ring, welcher bedeutend größer als der 22°-Ring ist (für jemanden, welcher Halos vorher noch nie gesehen hat, erscheint der 22°-Ring aber auch schon sehr groß). Da dieser Lichtweg aber seltener als bei zwei Basisflächen vorkommt, ist der Ring auch deutlich lichtschwächer.
Neben willkürlich ausgerichteten Eiskristallen gibt es aber auch welche die eine besondere Lage einnehmen. Plättchen sind zum Beispiel viel breiter als lang, haben also größere Basisflächen als Prismenflächen. Die Plättchen richten sich so aus, dass die Baisflächen horizontal ausgerichtet sind. Das Licht wird somit durch die Seitenflächen gebrochen. Auf diese Weise entstehen die Nebensonnen, die bestimmt schon einige mal gesehen haben. Das sind, oft auch sehr bunte, Flecken links und rechts neben der Sonne. Sie sind übrigens die zweithäufigste Halo-Art und kommen an durchaus 60 bis 80 Tagen im Jahr vor. Das Licht kann aber noch durch andere Wege gebrochen werden, es tritt an einer Basisfläche ein und gebrochen an einer Seitenfläche aus. Passiert dies oben an der Basisfläche, so wird das Licht bei einem Sonnenstand von 0 bis 32,2° gebrochen. Ist der Sonnenstand größer, so wird das Licht innerhalb des Kristalls nicht mehr gebrochen, sondern totalreflektiert und es kann nicht mehr gesehen werden. Die resultierende Halo-Art ist übrigens der sehr bunte Zirkumzenitalbogen, welcher wie ein kleiner Regenbogen aussieht. Zenital deswegen, weil er fast im Zenit steht (bei einem Sonnenstand von 32,2° genau im Zenit). Der Lichtstrahl kann auch durch die untere Basisfläche gehen, doch dafür ist ein Sonnenstand von 57,8° (90 - 32,2) notwendig, was hier in Mitteleuropa nur im Sommer (Mai bis Juli) vorkommt. Hierbei handelt es sich um den Zirkumhorizontalbogen, welcher wie der Name sagt in Horizontnähe auftritt. Da er ebenfalls sehr bunt wie ein Regenbogen ist, kann er schon sehr auffällig sein. Daneben kann das Licht an den Plättchen noch reflektiert werden, zum Beispiel an den Seitenflächen oder an den Basisflächen (hieraus resultieren der Horizontalkreis, die Lichtsäulen und die 120°-Nebensonnen). Da das Licht nur reflektiert und nicht gebrochen wird, sind die resultierenden Halos auch dementsprechend weiß. Interessant wird es, wenn die Plättchen auch noch rotieren und schwingen. Dann entstehen noch andere Halos wie die Lowitzbögen oder die 46°- Berührungsbögen. Da dies aber sehr selten vorkommt, sind auch die Halos selten.
Das ist also schon eine ganze Menge und das nur durch die Plättchen. Jetzt gibt es aber auch noch die Säulen. Diese sind länger als breit, haben also größere Prismenflächen als Basisflächen. Damit richten sie die Prismenflächen horizontal aus.
Das Licht kann hier jetzt an zwei Prismenflächen gebrochen werden, hierraus entstehen die Berührungsbögen und der umschriebene Halo (entsteht bei einem Sonnenstand von über 32°, wo sich die Berührungsbögen zu einem Ring zusammenschließen). Daneben gibt es noch den Weg Basisfläche-Prismenfläche (hieraus entstehen Supra- und Infralateralbogen). Interessant wird es dann, wenn nicht nur die Prismen-, sondern auch die Basisflächen horizontal ausgerichtet sind. Man spricht hierbei von doppelt- oder parry-orientierten Säulen. Parry deswegen, weil nämlich durch die Ausrichtung die Parrybögen entstehen. Weitere resultierende Halos, die nur durch einen anderen Strahlengang hervorgerufen werden, sind die Tapes-Bögen und der Sonnenbogen. Der Horizontalkreis und die Lichtsäulen können übrigens auch durch Säulen entstehen. Lichtsäulen werden übrigens auch durch Schneekristalle verursacht, weshalb man Lichtsäulen sehen kann, wenn gerade Schnee aus der Wolke fällt.
Neben Plättchen und Säulen gibt es noch sehr seltene Eiskristalle, die pyramidal geformt sind. Sie haben neben den sechs Prismenflächen nun noch 12 pyramidale Flächen. Daraus können jetzt noch ganz andere Strahlengänge resultieren. Damit entstehen auch Halos mit ungewöhnlichen Radien wie 9°-, 18°-, 20°, 23°-, 24°- und 35°-Ring. Und wenn diese sich ebenfalls ausrichten, dann entstehen wie bei den Plättchen und Säulen auch Bögen zu den ungewöhnlichen Radien.
Achso: ist die Atmosphäre turbulent können sich die Plättchen und Säulen nicht mehr ausrichten, es bedarf also einer ruhigen Atmosphäre.
Wo können jetzt diese Halos auftreten? Eigentlich genau dort, wo es kalt genug ist und sich die Eiskristalle bilden können. Meist ist dies in der oberen Troposphäre der Fall, wo sich hohe Eiswolken wie Cirrus, Cirrostratus und -cumulus bilden. Wenn man diese Wolken am Himmel sieht, sollte man mal Ausschau nach möglichen Halos halten. Im Winter ist es aber auch viel weiter unten, wenn nicht sogar am Boden, kalt genug, sodass hier sich auch Eiskristalle bilden können. Häufig treten dann Halos in Eisnebel auf.
Halos müssen übrigens nicht nur an der Sonne auftreten, auch am Mond und sogar an künstlichen Lichtquellen sind sie möglich! So, genug Theorie. Genauere Infos gibt es noch auf der Seite des Arbeitskreises für Meteore e.V., welche sehr zu empfehlen ist.

Ein paar Halo-Arten wurden bereits oben erwähnt. Zur Bestimmung der Halo-Arten hat der Arbeitskreis für Meteore e.V. einen sogenannten Halo-Schlüssel eingeführt. In der folgenden Tabelle sind verschiedene Halos mit dem dazugehörigen Halo-Schlüssel, sowie die resultierenden Eiskristalle, aus denen die Halos entstanden sind, aufgelistet. Bei einer bereits entsprechenden Beobachtung der jeweiligen Halo-Art ist ein Bild oder sind Bilder mit angefügt.

Halos müssen nicht immer nur einzeln auftreten, es können mehrere Halo-Arten gleichzeitig vorhanden sein. Sind mehr als fünf Halo-Arten vorhanden, so spricht man von einem Halophänomen. Das klassische Halophänomen, was man beobachten kann ist dabei die Kombination aus 22°-Ring, Oberen Berührungsbogen, Nebensonnen, Supralateralbogen, bzw. 46°-Ring und Zirkumzenitalbogen, zu mal es bei diesen Halo-Arten um besonders häufige Halos handelt. In Halophänomenen lassen sich oftmals nur sehr seltene Halo-Arten nachweisen und teilweise sieht es dann so aus, als ob der ganze Himmel voll mit Bögen, Ringen und Flecken ist. Besonders eindrucksvoll sind Halophänomene, welche im Eisnebel auftreten, da sie dann besonders intensiv sind. Aber auch in hohen Eiswolken gibt es durchaus sehr reizvolle Halophänomene. Ein paar Beispiele von Halophänomenen soll an dieser Stelle auch mal gezeigt werden. Ein paar (besondere) Phänomene sind auch hier aufgelistet.