Halové javy
Marcel Škreka - 2015-12-16

Mesačné halo, stĺp a vedľajšie mesiace 13.2.2012, Hvezdáreň na Vartovke. Foto: Marek Harman

Halové javy sú optické úkazy vznikajúce lomom a odrazom slnečného, prípadne mesačného svetla na drobných ľadových kryštálikoch rozptýlených v atmosfére. Na oblohe ich môžeme vidieť ako dúhové, alebo svetlé oblúky a škvrny.

Ľadové kryštáliky, z ktorých pozostávajú oblaky vo výškach 6 až 12 km, majú rôzne tvary, ale halové javy vznikajú najčastejšie na kryštálikoch tvaru šesťbokého hranola. Nájdeme ich vo vysokej oblačnosti typu cirrus, cirrostratus, alebo cirrocumulus. Halové javy najčastejšie vznikajú na cirrostratoch, oblakoch tvaru jemných bielych závojov. Tie, na rozdiel od nízkych oblakov tvorených hlavne vodnými kvapkami, slnečný disk úplne nezatieňujú. Táto oblačnosť je často viditeľná pred príchodom teplého vzduchu, preto môžu byť objavujúce sa halové javy predzvesťou daždivého počasia.

Halové javy vznikajúce lomom svetla v kryštáloch rozkladajú slnečné svetlo na spektrum, no farby nie sú také výrazné ako v prípade dúhy. Sfarbenie prechádza z modrastého cez biele do červenkastého, pričom červená farba vždy smeruje k Slnku. Najfarebnejšie sú vedľajšie slnká a cirkumzenitálne oblúky.
Javy vznikajúce odrazom od kryštálov, ako napr. halový stĺp alebo parhelický kruh, sa prejavujú len zosvetlením danej časti oblohy.

Výskyt niektorých halových javov, ktoré nevyžadujú žiadne pravidelné usporiadanie kryštálikov (napr. malé halo) je bežný, zatiaľ čo halové javy vyžadujúce špecifickú orientáciu ľadových kryštálov zbadáme len niekoľkokrát za život. Vzácnejšie sa vyskytuje aj viac halových javov súčasne.

Zatiaľ čo vo vyššej oblačnosti môžu halové javy vznikať celoročne, v zime sa môžu objaviť aj na vznášajúcich sa ľadových kryštáloch v prízemnej vrstve atmosféry, hlavne v arktických oblastiach alebo v blízkosti snežných diel.

Aký konkrétny halový jav bude pozorovateľný a aký bude mať tvar ovplyvňujú tri hlavné faktory:
-tvar kryštálov (hranoly, doštičky , ihlany,...)
-orientácia kryštálov v priestore (náhodná, usporiadaná)
-výška Slnka nad obzorom


Jednotlivé halové javy


hal2.jpg


Viacero halových javov na oblohe súčasne v Huntsville, Alabama. Foto: D. H. Hathaway


Malé halo
Najčastejšie sa vyskytujúce, a teda aj známejšie je malé halo. Malé halo je svetlý kruh s polomerom 22° okolo stredu slnečného kotúča.


Kružnica malého hala vzniká lomom lúčov na náhodne orientovaných kryštálikoch tvaru šesťbokých hranolov. Lúče vchádzajú do hranola bočnou stenou, pričom sa lámu, prechádzajú kryštálikom a pri výstupe sa opäť lámu na ďalšej stene hranola. Lúče sa odchyľujú od smeru vchádzajúceho lúča v závislosti na uhle dopadu na bočnú stenu.
 
Najväčšia koncentrácia vystupujúcich lúčov je okolo uhla 22°, ostatné lúče sa odchyľujú o väčší uhol. Kruh malého hala je preto pomerne ostro ohraničený smerom k Slnku, zatiaľ čo jeho vonkajšia časť slabne len pozvoľna. Tvar malého hala a ďalších halových javov vznikajúcich na náhodne orientovaných kryštálikoch neovplyvňuje výška Slnka nad obzorom. Na vnútornej strane je mierne červenkasté.

Vedľajšie slnká (parhelia)
Objavujú sa ako dve svetlé škvrny po stranách vedľa Slnka, s ktorým majú rovnakú výšku nad obzorom. Obe škvrny sa nachádzajú na vonkajšej strane malého hala, ich uhlová vzdialenosť od Slnka však závisí na výške Slnka nad obzorom. Ak je Slnko práve na horizonte, sú vedľajšie slnká viditeľné vo vzdialenostiach 22° priamo na malom hale, s rastúcou výškou Slnka sa od malého hala vzďaľujú – napr. pri výške 50° nad obzorom by boli od Slnka vzdialené asi 32°. Vznikajú lomom lúčov prechádzajúcich bočnými stenami kryštálikov tvaru doštičiek, ktoré sa vznášajú v ovzduší podstavami takmer v horizontálnej rovine. Keďže sa jedná o lom svetelných lúčov, sú dúhovo sfarbené a zvyčajne bývajú veľmi jasné.

Halový stĺp
Halový stĺp môžeme vidieť ako svetlý pás prechádzajúci vertikálne Slnkom. Obyčajne je však viditeľná len jeho horná časť, lebo šanca spozorovať halový stĺp je väčšia, čím je Slnko bližšie k obzoru a spodná časť stĺpu je vtedy už v hustejšej oblačnosti alebo pod obzorom. Tento jav vzniká odrazom lúčov od podstáv približne horizontálne orientovaných ľadových doštičiek, môže však vznikať aj odrazom od stien kryštálových hranolov, ktorých hlavné osi sú orientované vodorovne, vďaka ktorým môže vzniknúť halový stĺp aj pri väčšej výške Slnka nad obzorom. Vznik halového stĺpu možno prirovnať k  svetelnému pásu, ktorý vzniká na vodnej hladine, v ktorej sa zrkadlí nevysoko ležiaci svetelný zdroj.

Tangenciálny oblúk
V hornej časti malého hala možno pomerne často pozorovať nápadné zjasnenie. Týmto zjasnením sa prejavuje tzv. horný dotykový oblúk, ktorého tvar výrazne závisí na výške Slnka nad obzorom. Ak je Slnko nízko, dotýka sa malého hala oblúk tvaru písmena "v", s rastúcou výškou Slnka nad horizontom sa oblúk viac roztvára a zároveň sa nad obzor dostáva aj spodná časť malého hala, ku ktorému zospodu prilieha tzv. spodný dotykový oblúk, ktorý je však veľmi zriedkavý. Oba oblúky sa s rastúcou výškou Slnka nad obzorom ďalej roztvárajú, až sa pri výške Slnka okolo 32° ich roztvárajúce sa vetvy spoja do hala oválneho tvaru, ktoré sa hore a dole dotýka malého hala. V týchto miestach je tiež najjasnejšie, zatiaľ čo postranné časti hala sú dosť nevýrazné. Pri výške Slnka nad 55° sa halo vzniknuté spojením vetiev dotykových oblúkov už nedá takmer odlíšiť od malého hala, ktoré však nemusí byť súčasne pozorovateľné. Ich viditeľnosť závisí na rozdielnej orientácii šesťbokých ľadových hranolov, na ktorých oba spomínané javy vznikajú. Na vzniku dotykových oblúkov sa podieľajú slnečné lúče prechádzajúce bočnými stenami šesťbokých ľadových hranolov, ktoré sú orientované svojou hlavnou osou horizontálne. Vďaka lomu svetla v takto orientovaných kryštálikoch majú oblúky dúhové sfarbenie oproti malému halu, ktoré vzniká na náhodne orientovaných kryštálikoch.

Veľké halo
V priemere len niekoľko dní v roku možno na oblohe pozorovať veľké halo, ktorého polomer je približne 46° okolo stredu slnečného kotúča. Toto halo je vždy menej výrazné ako malé halo s polomerom 22°,s ktorým sú na oblohe viditeľné súčasne. Veľké halo vzniká lomom svetla na náhodne orientovaných šesťbokých ľadových hranoloch, do ktorých lúče vchádzajú podstavou a vychádzajú bočnou stenou.
 
Veľké halo je menej časté, lebo je potrebná pomerne vysoká koncentrácia kryštálikov v ovzduší. Vtedy je súčasne viditeľné malé halo veľmi výrazné. Aj pri takýchto podmienkach však bude veľké halo niekoľkokrát slabšie. Svetelné lúče sa v prípade veľkého hala koncentrujú do väčšieho polomeru a aj jeho okraj je širší.
 
Vrchná časť veľkého hala sa dá len ťažko rozlíšiť od supralaterálneho oblúka, ktorý pri výške Slnka okolo 20° s veľkým halom takmer splýva a za ktorý býva často omylom považovaný. Supralaterálny oblúk vyžaduje rovnakú orientáciu kryštálov ako dotykové oblúky malého hala. Pokiaľ teda v miestach, kde by sme očakávali hornú časť veľkého hala, spozorujeme výraznejšie sfarbený oblúk a zároveň je jasne viditeľný horný dotykový oblúk, potom sa jedná najskôr o supralaterálny oblúk, ktorý sa vyskytuje častejšie ako veľké halo.

Cirkumzenitálny oblúk
Vysoko nad Slnkom sa môže vo vysoko ležiacich oblakoch objaviť pomerne jasný, dúhovo sfarbený oblúk, ktorý akoby opisoval časť kruhu okolo zenitu. Je to cirkumzenitálny oblúk, vznikajúci lomom svetla na horizontálne orientovaných ľadových doštičkách, do ktorých lúče vchádzajú hornou podstavou a vychádzajú bočnou stenou. Tento oblúk sa približuje k hornému okraju veľkého hala, ktoré však nemusí byť súčasne viditeľné. Nachádza sa 46° a vyššie nad Slnkom a je viditeľný len ak je slnečný kotúč nižšie ako približne 32°, inak nemôže vzniknúť. Jeho polomer okolo zenitu závisí na výške Slnka nad obzorom. Pri nízko žiariacom Slnku je oblúk vzdialený trochu viac ako 30° od zenitu, ku ktorému sa s rastúcou výškou Slnka blíži. Nikdy však nevytvára okolo zenitu uzavretú kružnicu.
Cirkumzenitálny oblúk často uniká pozornosti pre svoju polohu vysoko na oblohe. Ak ho uvidíme, prekvapí nás sýtosťou svojich farieb, vďaka ktorým patrí k najkrajším halovým javom.

Cirkumhorizontálny oblúk
Ekvivalentom cirkumzenitálneho oblúku je cirkumhorizontálny oblúk, ktorý sa nachádza hlboko pod Slnkom nízko nad južným obzorom, a preto je ťažké vidieť ho z našich zemepisných šírok. Pozorovateľný môže byť okolo poludnia v dňoch okolo letného slnovratu, alebo ešte vzácnejšie v noci počas splnu v období zimného slnovratu. Podmienkou pre jeho sformovanie je výška Slnka resp. Mesiaca aspoň 58° nad obzorom.

Parhelický kruh
Parhelický kruh je svetlý kruh obopínajúci oblohu v rovnakej výške nad obzorom, ako na v danej chvíli nachádza Slnko. V rovnakej výške sa tiež nachádzajú vedľajšie slnká (parhelia) - odtiaľ pochádza aj jeho názov. Parhelický kruh vzniká odrazom slnečných lúčov na vertikálne orientovaných podstavách kryštálikov alebo na bočných stenách takmer vodorovne orientovaných ľadových doštičiek. Okrem vedľajších sĺnk (22°) možno na kruhu vzácne ako svetlé škvrny pozorovať tzv. bočné slnká vo vzdialenosti 120° od slnečného kotúča, prípadne priamo oproti Slnku ešte vzácnejšie protislnko (antihelium). Parhelický kruh možno pozorovať až niekoľkokrát ročne, avšak väčšinou len ako belavé fragmenty. Súvislý kruh viditeľný na celej oblohe patrí medzi vzácne úkazy.

Bočné slnká
Bočné slnká pozorujeme ako dve svetlé škvrny na parhelickom kruhu v azimutálnej vzdialenosti 120° od skutočného Slnka. Vznikajú na šesťbokých doštičkách s horizontálnou orientáciou, do ktorých svetlo vniká hornou podstavou, dvakrát sa odráža od vnútorných stien hranola a vystupuje jeho spodnou podstavou. Nejde teda o čistý lom svetla, preto sú tieto nepravé slnká bez spektrálneho sfarbenia. Ich viditeľnosť závisí na výške hranolov t.j. hrúbke doštičiek. Čím sú ľadové doštičky vyššie, tým sú bočné slnká výraznejšie.

Parryho oblúk
K vzácnym halovým javom patrí Parryho oblúk(y). Jeho vznik vyžaduje špeciálnu orientáciu ľadových kryštálikov. Podobne ako dotykové oblúky malého hala vyžadujú, aby sa ľadové kryštáliky v tvare hranola vznášali svojimi osami vodorovne, ale k vzniku Parryho oblúku je navyše nutné, aby dvojica stien šesťbokých hranolov ležala v horizontálnej rovine. Parryho oblúk sa objavuje nad (resp. vzácnejšie tiež pod) malým halom a jeho tvar veľmi závisí na výške Slnka nad obzorom. Vďaka lomu svetla na kryštáloch sú Parryho oblúky dúhovo sfarbené.
 
Pri polohe Slnka na horizonte splýva Parryho oblúk s horným dotykovým oblúkom malého hala. S rastúcou výškou nad obzorom sa oblúk tvaru písmena  "v" odpútava od malého hala nahor a mizne, zatiaľ čo ďalší oblúk s odlišným smerom lúčov v kryštáli sa naopak objavuje nad malým halom a pri vzrastajúcej výške Slnka sa k nemu blíži zhora. Práve tento oblúk býva najčastejšie pozorovateľný a zachytil ho na kresbe aj jeho objaviteľ William Edward Parry (1790-1855), anglický admirál a polárny bádateľ. Prvýkrát ho pozoroval na Melvillovom ostrove počas výpravy do kanadskej Arktídy 8. apríla 1820.

Niektoré ďalšie vzácne halové javy sa pre svoju nenápadnosť objavia až pri mimoriadne jasnom úkaze vďaka ľadovým kryštálom v prízemnej vrstve ovzdušia, iné objavujúce sa po viacnásobných vnútorných odrazoch v kryštáli vyžadujú dokonalé kryštálové tvary. Ďalšie javy vznikajú buď pri špeciálnej orientácii kryštálikov alebo pri menej obvyklých kryštálových formách.
Protislnko sa zriedka objavuje ako svetlá škvrna v mieste priesečníka parhelického kruhu a protislnečných oblúkov.
Lowitzove oblúky vybiehajú od malého hala k vedľajším slnkám, vznikajú na špeciálne orientovaných ľadových doštičkách.
Halá s polomermi 9°, 18°, 20°, 23°, 24°, 35° vznikajú na náhodne orientovaných pyramidálnych kryštáloch, pri ich čiastočnom usporiadaní môžu vzniknúť atypické vedľajšie slnká a oblúky.
Spodné slnko a subhorizontálne oblúky sú halové javy objavujúce sa pod horizontom, viditeľné sú z lietadiel alebo hôr.
Wegenerov, Trickerov, Hastingsov oblúk,... mnohé z týchto menej častých javov boli pozorované pri jednom z najbohatších halových úkazov v histórii, ktorý bol zaznamenaný 11. januára 1999 v Antarktíde.