treden op aan het licht dat door de dampkring valt en dat daarin ten gevolge van de bijzondere optische eigenschappen van de dampkring breking, verstrooiing, buiging, terugkaatsing of meer dan een van deze processen ondergaat. De electrische lichtverschijnselen, waarbij het licht in de atmosfeer zelf ontstaat, worden hier niet bij gerekend (z luchtelectriciteit, onweer, poollicht, Sint Elmusvuur).
Hieronder volgt een overzicht van de onderscheidene optische verschijnselen, ingedeeld naar de aard van de optische processen die erbij betrokken zijn en naar de toestand der stoffen waarin of waaraan deze processen optreden.1. Straalkromming ondergaat het licht in de dampkring doordat op grotere hoogten de luchtdichtheid geringer en bijgevolg de lichtsnelheid groter is dan op geringere hoogten boven het aardoppervlak. De lichtstralen van een hemellicht zullen dus geleidelijk naar de normaal toe gebroken worden), ten gevolge waarvan een neerwaartse straalkromming optreedt, die maakt dat het hemellichaam hoger boven de horizon gezien wordt dan het in werkelijkheid staat. Als het in het zenith staat treedt (practisch) geen straalkromming op; staat het bij de horizon, dan geeft de straalkromming onder gemiddelde omstandigheden een schijnbare opheffing van ca ½ % zodat de zon, als ze in werkelijkheid juist onder de horizon is, er nog net helemaal boven gezien wordt. Aangezien de onderkant van de zon, vooral als ze laag staat, iets meer schijnbaar opgetild wordt door de straalkromming dan de bovenkant, lijkt zij vaak afgeplat bij de horizon. Door bijzondere straalbreking in dicht boven elkaar gelegen luchtlagen van verschillende temperatuur (en dus dichtheid) kunnen ook bijzondere vervormingen van het zonnebeeld nabij de horizon optreden. Op zonnige dagen kan de verwarming van het aardoppervlak een onrust in de onderste luchtlagen en bijgevolg een onregelmatige en wisselende dichtheidsverdeling (luchtslieren) daarin veroorzaken met als gevolg onrustige beelden van verwijderde objecten.
Is de lucht nabij het aard- (of zee-) oppervlak aanzienlijk kouder dan op grotere hoogte en treedt bijgevolg een abnormaal sterk dichtheidsverval op dan treedt ook een versterkte neerwaartse straalkromming op, die o.a. kan maken dat de horizon veel verder weg is dan gewoonlijk: men ziet dan objecten die onder normale omstandigheden achter de horizon liggen.
2. Luchtspiegeling naar beneden ontstaat door omgekeerde straalkromming, wanneer door sterke verwarming van het aardoppervlak (bijv. een wegdek, op zonnige dagen) de alleronderste luchtlaagjes geringer dichtheid hebben dan de lagen er boven en de stralen er derhalve naar boven gekromd worden. Luchtspiegeling naar boven (veel zeldzamer) kan optreden als de onderste luchtlagen door sterke afkoeling een extra grote dichtheid (vergeleken met de lagen er boven) vertonen en er versterkte neerwaartse straalkromming optreedt. Verder z luchtspiegeling en fata morgana.
3. Groene straal. De straalbreking gaat gepaard met een kleurschifting: het blauw en het groen worden sterker gebroken dan het geel en het rood. Is de kleurschifting abnormaal sterk, dan is derhalve het blauw-groen het laatste wat van de zon gezien wordt: inmiddels wordt het blauw het meest door verstrooiing verzwakt op de weg door de lucht, vandaar de groene straal.
4. Het flikkeren (scintilleren) der sterren is een gevolg van een zekere onrust in de luchtlagen van verschillende dichtheden waar de lichtstralen doorheen vallen: deze onrust geeft voortdurend kleine wijzigingen in de straalkromming, waardoor ook het beeld van de ster onrustig wordt en bovendien voor verschillende kleuren van het spectrum iets verschillend kan zijn.
5. Hemelkleuren. Het blauw van de hemel wordt veroorzaakt door verstrooiing van het doorvallende zonlicht aan de luchtmoleculen; daar de mate van deze verstrooiing omgekeerd evenredig is met de 4de macht van de golflengte treft zij het blauwe licht verreweg het meest. Het verstrooide licht is gedeeltelijk gepolariseerd (z Haidinger, bundels van). Naast de verstrooiing treedt absorptie op, waardoor onder abnormale omstandigheden en bij laagstaande zon (avond- en ochtendhemel) andere kleuren kunnen gaan domineren; z hemelkleuren. De blauwe verkleuring van het beeld van verre landschapspartijen (bossen, bergen) is ook een gevolg van verstrooiing van het blauwe deel van het licht dat op de lucht tussen deze partijen en de waarnemer valt.
De selectieve verstrooiing van de kortere golflengten maakt, dat het beeld van de zon een verkleuring naar het geel of bij lage zonnestand naar het rood ondergaat. — Een heel enkele maal wordt een „blauwe zon” waargenomen.
6. Zicht -vermindering is vooral het gevolg van verstrooiing van het doorvallende licht aan kleinere of grotere zwevende druppeltjes (nevel of mist) of aan regen (of sneeuw).
7. Regenboog. Deze ontstaat door breking, terugkaatsing en nog eens breking, gepaard met kleurschifting, van de opvallende lichtstralen in de waterdruppels van een regenbui (soms ook in de stuivende druppels van een waterval, van branding, van een tuinsproeier; of in dauw: dauwboog). Behalve de hoofdregenboog kan men vaak nog de bijregenboog onderscheiden, die ontstaat doordat de lichtstralen in de regendruppels tweemaal (tegen de achterkant) teruggekaatst worden; de volgorde der kleuren is tegengesteld aan die bij de hoofdboog: de beide bogen keren hun rood naar elkaar toe. Verder: z regenboog.
Bij héél kleine druppeltjes wordt het verschijnsel een brede witte band met zwak rode buiten- en zwak blauwe binnenrand; men ziet deze boog alleen op mist: mistboog.
8. Aureool of „glorie” noemt men de min of meer gekleurde ring, die op een wolk of mistbank wordt gezien om de schaduw van de waarnemer en die ontstaat door buiging (gepaard met interferentie) van het terugverstrooide licht aan de wolken- (of mist-) deeltjes.
9. Kransen om zon of maan („de maan zit in een hof”) bestaan uit gekleurde ringen met betrekkelijk kleine straal. De eenvoudigste krans is een enkele roodachtige ring (straal variërend, tot 50). In zijn volledigste vorm kan de krans een aantal fraai gekleurde ringen (stralen tot 120) te zien geven. De krans dankt zijn ontstaan aan buiging en interferentie van het licht van zon of maan aan de kleine waterdruppeltjes (of eventueel ijskristalletjes) waaruit de wolk bestaat. Vooral stratocumulus, altocumulus en cirrocumulus doen het.
Irisatie is een met de kransen verwant verschijnsel : er treden in de omgeving van de zon verschillende kleuren in de wolken op, vooral lichtgroen, lichtrood en blauw, in onregelmatig gevormde velden verdeeld. De oorzaak is eveneens: buiging met interferentie. Daar de kleur door de grootte der druppeltjes bepaald wordt, zijn binnen een veld van één kleur de druppeltjes alle ongeveer even groot, doch in verschillende velden treden verschillende druppelgrootten op.
10. Halo’s bij zon of maan ontstaan alleen in ijswolken en met name dan wanneer deze een voldoende aantal ijskristalletjes van eenvoudige vorm bevatten, met name zeshoekige zuiltjes of plaatjes of combinaties daarvan. Deze ijskristalletjes hebben tijdens het zweven of langzaam vallen soms bepaalde voorkeursstanden; deze standen zijn: bij zuiltjes horizontale hoofdas (tenzij het zuiltje aan één kant bijv. een luchtholte bevat of onder een plaatje bevestigd zit), bij plaatjes verticale hoofdas. Het zijn vooral de wolken van het geslacht cirrostratus, die halo-verschijnselen te zien geven. De ijswolken komen op gematigde breedten in het algemeen op grote hoogten voor. In de Poolstreken, en bij strenge winterkoude soms ook in Nederland, kunnen zij ook nabij het aardoppervlak voorkomen en men kan dan halo’s in de onmiddellijke nabijheid waarnemen. In vers gevallen sneeuw ziet men soms de sneeuwboog, een stuk van een kring van 22°, op de grond.
De optische processen, betrokken bij halovorming zijn met name breking, gepaard met kleurschifting, en spiegeling (de spiegelingshalo’s vertonen geen kleurschifting); meestal is alleen breking of alleen spiegeling in het spel (combinatie van beide treedt bijv. op bij de „benedenbijzon”).
De twee voornaamste wijzen van breking zijn; men spreekt in het ene geval van een „brekende hoek’ van 6o° (tussen twee zijvlakken), in het andere van een „brekende hoek” van go° (tussen een zijvlak en een basisvlak). Zijn er kristallen in alle mogelijke standen (t.o.v. de richting v. d. invallende stralen) aanwezig, dan vertonen de gebroken stralen verschillende richtingen, doch er treedt een concentratie der stralen in de richting van de minimum deviatie op. De minimum deviatie treedt op wanneer de straal symmetrisch t.o.v. de twee brekende vlakken en loodrecht op hun snijlijn verloopt; zij bedraagt bij een brekende hoek van 6o° ongeveer 220 (voor rood iets minder dan voor blauw), bij een brekende hoek van 90° ongeveer 46°. Deze twee hoeken vormen als boogafstanden juist de stralen van de kleine en de grote kring; de rode binnenrand dezer kringen is betrekkelijk scherp, naar buiten toe verlopen ze meer diffuus. Onder bepaalde omstandigheden, vooral wanneer de atmosfeer ter plaatse rustig is, treden voorkeursstanden van de kristalletjes op; bij zulke standen kunnen de lichtstralen dikwijls niet loodrecht op de snijlijn der brekende vlakken of niet symmetrisch t.o.v. hen verlopen; daar treden dan andere kleinste deviaties dan de bovengenoemde op en vindt men lichtconcentraties op andere boogafstanden van zon of maan.
DR p. GROEN
Lit.: Pernter-Exner, Meteorol. Optik (Wien-Leipzig 1922); M. Minnaert, Natuurkunde v. h. Vrije Veld dl I (Zutfen 1937); S. W. Visser, Optische Verschijnselen a. d. hemel (Gorinchem 1943).
