Wir sind fasziniert und mitunter erstaunt, wenn wir sie sehen: Fotometeore, auch optische Naturphänomene genannt. Zu ihnen gehören Regenbogen, Halo und Korona. Doch wie entstehen sie eigentlich? Ein Überblick.
An einem Wintertag im äußersten Südwesten von Deutschland zeigt sich am Abendhimmel eine vermeintlich seltene Erscheinung. Was ist das, was sich ringförmig um den hell scheinenden Mond herum gelegt hat? Auf den ersten Blick sieht es aus wie ein kreisrunder Regenbogen, der den Himmelskörper umgibt. Doch wie kann das sein? Schließlich fällt augenscheinlich kein Tropfen Regen. Optische Erscheinungen wie dieser Mondhof versetzen uns in kindliches Staunen, und angesichts dieser Naturschönheiten fühlen wir uns eher klein und unbedeutend. Nur gilt für alle optischen Phänomene: Man muss sie sehenden Auges entdeckt haben.
Fotometeore entstehen, wenn das Sonnen- oder Mondlicht gebrochen, gebeugt, gespiegelt, zerlegt, gestreut oder überlagert wird. Meteorologen unterscheiden zwischen optischen Erscheinungen unter Einfluss schwebender oder fallender Meteore und jenen, die nicht diesem Einfluss unterliegen. Warum ist das so? Der bekannteste und am einfachsten zu erklärende Fotometeor ist der Regenbogen. „Das Licht kommt entweder von Sonne oder Mond, wird gebrochen und in seine Spektralfarben zerlegt“, sagt Frank Kahl vom Deutschen Wetterdienst (DWD). Der fallende Meteor ist, um wieder das Beispiel des Regenbogens heranzuziehen, wie die Regentropfen, an denen das Licht gebrochen wird. Der Regenbogen selbst hat einen Haupt- und einen Nebenbogen. Letzterer spannt sich über den Hauptbogen hinweg und kann mehr oder weniger stark ausgeprägt sein. „Den sogenannten Doppelregenbogen bekommt man recht häufig zu sehen. Ich persönlich finde allerdings einen geschlossenen Regenbogen spannender“, erklärt Frank Kahl. Anders als partielle Regenbögen erreichen geschlossene mit beiden Enden entweder die Erdoberfläche oder den Horizont.
Mondregenbogen kennen nur wenige
Ein anderes Beispiel sind Halos, das heißt eine Gruppe optischer Erscheinungen von Ringen, Bögen, Flecken oder Säulen, die dadurch zustande kommen, dass Licht von an der Luft schwebenden Eiskristallen reflektiert und gebrochen wird. „Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei schwebenden oder fallenden Meteoren immer Eiskristalle oder Wassertropfen im Spiel sind“, bringt es der ausgebildete Wetterdiensttechniker auf den Punkt. Ein interessanter Aspekt dabei ist, dass der Halo meist Regenwetter ankündigt. „Der Ring um die Sonne entsteht an den Eiskristallen der Cirrostratus-Wolke“, erläutert Frank Kahl, der 30 Jahre auf der Nordseeinsel Norderney als Wetterbeobachter für den DWD tätig war. Wenn warme Luft auf eine Kaltfront trifft und in großen Höhen auskondensiert, entsteht diese Wolkenart. „Wenn sich diese Wolke weiter verdichtet, führt das zu einer Warmfront, die Regen bringt“, sagt Frank Kahl. Nicht zu verwechseln ist die Cirrostratus-Wolke mit der Cirruswolke, die keinen Halo entstehen lässt.
Wohl nur wenige kennen den Mondregenbogen, einen Fotometeor, der meist aus einem weißlich erscheinenden Kreisbogen auf einer vom Mondlicht angestrahlten Regenwand besteht. Wie auch beim Regenbogen wird das Mondlicht durch den Niederschlag in seine Spektralfarben zerlegt und reflektiert. Doch die äußeren Voraussetzungen, damit ein Mondregenbogen entstehen kann, sind weniger günstig als beim Regenbogen. Denn das vom Mond reflektierte Sonnenlicht ist sehr viel schwächer als das Sonnenlicht am Tage, insofern sind Mondregenbögen äußerst lichtschwach und nur bei Vollmond oder einige Tage vorher oder nachher zu sehen. Ein weiterer Faktor, der die optische Erscheinung beeinträchtigt, ist die Lichtverschmutzung hierzulande. „Je dunkler es um uns herum ist, desto mehr erkennen wir solche optischen Erscheinungen. Wenn es um uns herum heller ist, können wir mit bloßem Auge diese Effekte nicht wahrnehmen“, sagt Frank Kahl. So gebe es in Deutschland fünf ausgewiesene Regionen, drei Sternenparks (Naturpark Westhavelland, Nationalpark Eifel und Unesco-Biosphärenreservat Rhön) und die zwei Sterneninseln Pellworm und Spiekeroog, wo sich der mit Sternen übersäte Nachthimmel dank geringerer künstlicher Beleuchtung gut betrachten lässt.
Anders gelagert ist der Fall, wenn wir einen Mondhof oder eine Korona-Erscheinung am Nachthimmel entdecken. „Der Mondhof befindet sich um die Lichtquelle herum“, sagt Frank Kahl. Diese optische Erscheinung zeichnet sich durch bis zu drei farbige Ringe um Sonne oder Mond aus. Auf der Webseite des DWD heißt es, dass der Kranz an seinem äußeren Rand rötlich leuchtet, sein innerer Teil, der Hof genannt wird, zeigt sich als helle, bläulich-weiße Scheibe. Immer dann entstehen solche Kränze, wenn zwischen Beobachter und Sonne oder Mond eine sehr dünne Wolkenschicht liegt, schreibt der DWD. Die Radien der Kränze seien stets abhängig von der Größe der Tröpfchen und Eiskristalle, an denen das Licht gebrochen wird. „Auch um künstliche Beleuchtungsquellen wie einer Straßenleuchte kann ein solcher Lichtkranz entstehen“, sagt Frank Kahl.
Irisierende Wolken zählen ebenfalls zu den Fotometeoren. Auftreten können die Regenbogen-Wolken, wenn sich Licht an linsen- oder mandelförmigen, lang gestreckten Wolken bricht oder Wolken sich auflösen, wenn ihr Winkelabstand zu Sonne oder Mond weniger als 20 Grad beträgt. „Irisierende Wolken werden nicht direkt vom Sonnenlicht angestrahlt, sondern vom Rand. Daher erscheint an den Rändern der Wolke das Irisieren“, sagt Frank Kahl. Dieser Regenbogen-Effekt entsteht, wenn das Licht sich an Wassertröpfchen und Eiskristallen in mittelhohen oder hohen Wolken bricht.
Alpenglühen im Hochgebirge
Ein prominentes Beispiel für optische Naturerscheinungen, die nicht von schwebenden oder fallenden Meteoren beeinflusst sind, sind etwa das Alpenglühen oder der sogenannte Heiligenschein. „Den Heiligenschein kann man zum Beispiel erleben, wenn man in einem Flugzeug reist und dessen Schatten am Boden sieht. Oder man sieht etwas weiter entfernt den eigenen Schatten mit einem Heiligenschein um den Kopf“, beschreibt Frank Kahl das optische Phänomen. Die Lichtquelle – hier die Sonne – muss dabei tief im Rücken stehen. Wenn man also morgens auf einer mit Tau benetzten, kurz geschnittenen Wiese steht, die Sonne im Rücken, kann es sein, dass man einen Lichtschein um seinen Kopf sieht. Das Alpenglühen kann man bei Dämmerung im Hochgebirge beobachten. Wenn die Sonne untergeht, spiegeln sich vor allem auf hellen Flächen wie Schnee nacheinander die Dämmerungsfarben Gelb, Orange, Rot und Purpur wider. Im Eintrag des Wetter- und Klimalexikons des DWD ist nachzulesen, dass die größte Intensität des Purpurlichts etwa 25 Minuten nach Sonnenuntergang auftritt, wenn sich die Sonne vier Grad unterhalb des Horizonts befindet.
Abgesehen von der dokumentierten Vielfalt der Fotometeore sind längst noch nicht alle optischen Erscheinungen in der Natur erklärt. Der langjährige Wetterbeobachter vom Deutschen Wetterdienst sagt, es gebe faszinierende Fotometeore wie etwa leuchtende Nachtwolken in der Stratosphäre. „Es ist bislang noch nicht erforscht, wie solche Wolken sich überhaupt bilden“, sagt Frank Kahl. Es sei sogar schon vorgekommen, dass man dieses Wolkenphänomen in einer Höhe von 80 Kilometern gesehen habe. Ähnlich faszinierend für den Wetterdiensttechniker: das Meeresleuchten im Sommer. Kahl: „Es ist zwar kein Wetterphänomen, aber es ist faszinierend zu beobachten, dass ein dunkles Meer am Flutsaum orange bis grün oder bisweilen gelblich schimmert.“