Halo © Karlsruher Wolkenatlas, B. Mühr

Im Gegensatz zu vielen anderen Leuchterscheinungen am Himmel, muß man für eine Halo weder auf die Dunkelheit warten noch nachts aufstehen. Die einzelnen oder mehreren weißlich-blassen Lichtringe um die Sonne sind mitten am Tage sichtbar.
Beobachten kann man sie allerdings nur, wenn die Sonne selbst durch eine Wolke, einen Baum oder ein Gebäude verdeckt ist. Das direkte Sonnenlicht blendet sonst zu sehr und überstrahlt meist die diffusen Lichtringe, die sie umgeben. Obwohl in Nordeuropa durchschnittlich einmal pro Woche ein Halo-Phänomen auftritt, haben daher die wenigsten Menschen diese Sonnenringe schon einmal gesehen.

In seiner einfachsten Form besteht eine Halo aus einem hellen, farblosen Ring, der die Sonne in einem Radius von 22° umgibt. Daneben können aber auch Erscheinungen mit mehreren vollständigen oder halben Ringen und Nebensonnen auftreten. Bei letzterer Variante zeigen sich zwei helle Lichtflecken wie Spiegelbilder links und rechts neben der Sonne. Ein Meßgerät, mit dem man feststellen kann, ob es sich bei einer ringartigen Leuchterscheinung wirklich um eine 22° Halo handelt, trägt jeder Mensch übrigens immer bei sich: Streckt man den Arm aus und legt mit gespreizten Fingern den Daumen auf die Sonnenscheibe, zeigt die Spitze des kleinen Fingers in etwa einen Radius von 22° an.

Ähnlich wie der Regenbogen entsteht eine Halo durch die Brechung des Sonnenlichts am Wasser der Atmosphäre. Während aber das Licht beim Regenbogen von Wassertröpfchen gebrochen wird, sind bei einer Halo Eiskristalle für das Phänomen verantwortlich. Im Gegensatz zum Regenbogen, der an der der Sonne entgegengesetzten Seite des Himmels erscheint, bildet sich der Lichtring der Halo immer direkt um die Sonne herum.

Nebensonne © Karlsruher Wolkenatlas, B. Mühr

Besonders günstige Bedingungen für eine Halo herrschen, wenn ein Tiefdruckgebiet heranzieht: dann steigt warme feuchte Luft nach oben und trifft in acht bis zehn Kilometern Höhe auf kältere Luftmassen. Bei Temperaturen unter –6°C gefriert Wasserdampf und es bilden sich dünne zerfaserte Eiswolken, die sogenannten Cirruswolken, die häufig den Hintergrund für Halos bilden.
Trifft Licht auf die Eiskristalle, wird es je nach Eintrittswinkel unterschiedlich stark gebrochen. Weil aber ein geringerer Ablenkwinkel als 22° aus physikalischen Gründen nicht möglich ist, häufen sich die Strahlen genau um diesen Wert herum. Für einen Beobachter bilden diese abgelenkten Strahlen den Ring um die Sonne.

Bei niedrigem Sonnenstand können statt des Ringes auch zwei diffuse Lichtflecke, die Nebensonnen, auftreten. Sie entstehen, wenn die Sonnenstrahlen parallel zur Grundfläche der Eiskristalle einfallen. Die Strahlen werden dann zwar ähnlich gebrochen wie beim 22° Halo, durch die horizontale Lage der Plättchen entsteht aber kein vollständiger Bogen.

Nicht nur der Einfallswinkel des Lichts, auch die Form der Eiskristalle – ob Plättchen, Säule oder sogar kreuzförmiger Vierlingskristall - entscheidet, welche Halovariante sich ausprägt: Ringe, die um die Sonne verlaufen, Horizontalkreise, bei denen ein Lichtring parallel zum Horizont durch die Sonne verläuft oder Lichtsäulen über oder unter der Sonnenscheibe. Sehr selten ist die Erscheinung einer Gegensonne, bei der ein heller Lichtfleck in einen Horizontalkreis eingebettet der Sonne genau gegenüber liegt. Er entsteht vermutlich durch eine Spiegelung der Sonnenstrahlen an vierstrahligen Eiskristallen.

Inzwischen können Wissenschaftler mit Hilfe von Computersimulationen die Entstehung aller beobachteten Halo-Varianten nachbilden. Der Computer simuliert den Strahlengang vieler Lichtstrahlen durch die unterschiedlichsten Kristallformen und errechnet daraus, in welcher Form und an welcher Stelle des Himmels eine Halo auftritt. Mit Hilfe dieser Methode können auch besonders seltene und ungewöhnliche Halo-Phänomene nachgebildet und analysiert werden.