Photometeor

Ein Photometeor ist jeder optische Effekt, den man am Himmel oder in der Atmosphäre sehen kann und der entsteht, wenn Licht mit Wassertropfen, Eiskristallen, Staub oder Luftmolekülen wechselwirkt. Anders als Hydrometeore (Regen, Schnee, Hagel) sind Photometeore rein optische Erscheinungen: Das Licht selbst ändert die Richtung oder spaltet sich auf und erzeugt Halos, Glorien, Coronas, Regenbogen und ähnliche Phänomene. Die Atmosphäre wirkt als optisches Medium und lenkt und streut das Licht auf Weise ab, die von der Größe und Form der vorhandenen Partikel sowie der Geometrie der Sonne oder Lichtquelle zur beobachtenden Person abhängt.

Die wichtigsten physikalischen Mechanismen sind Reflexion (Licht prallt auf eine Oberfläche), Brechung (Licht biegt sich, wenn es ein Medium anderer Dichte betritt oder verlässt), Beugung (Licht breitet sich um Hindernisse oder durch enge Spalten) und Interferenz (Lichtwellen verstärken oder löschen sich gegenseitig). Ein 22-Grad-Halo um die Sonne entsteht durch Brechung in hexagonalen Eiskristallen in Zirruswolken; ein Regenbogen tritt auf, wenn Licht in Wassertropfen bricht, sich intern reflektiert und zurück bricht. Eine Corona (die farbigen Ringe dicht bei der Sonne, nicht die stellare Corona) entsteht durch Beugung in Wolkentropfen; eine Glorie auf Wolken unter dem Beobachter nutzt Rückstreuung und Interferenz. Luftspiegelungen sind Brechungseffekte in Schichten von erhitzter Luft nahe dem Boden.

Häufige Photometeore und Beobachtung

Beobachter und optische Instrumente treffen bei Feldarbeiten, Vermessungen und Astronomie ständig auf Photometeore. Optikdesigner und Atmosphärenwissenschaftler untersuchen sie, um die Größenverteilung von Partikeln und die Luftqualität zu verstehen. In der Fernerkundung führen Photometeor-Effekte zu Rauschen in den Messwerten; bei Kamera- und Linssentests können sie optische Artefakte vortäuschen. Der 22-Grad-Halo ist vielleicht das häufigste Photometeor in gemäßigten Zonen und ist an etwa jedem dritten Tag sichtbar, wenn Zirruswolken vorhanden sind. Eiskristalle in der oberen Atmosphäre mit bestimmten Formen und Ausrichtungen erzeugen scharfe, wiederholbare optische Muster, während Wassertropfen weichere, breitere Effekte erzeugen, bedingt durch ihre sphärische Form und Größenverteilung.

Der Begriff «Photometeor» ist im alltäglichen Gebrauch weniger verbreitet als spezifische Namen wie Regenbogen oder Halo, ist aber in der Atmosphärenoptik, in Physiklehrbüchern und der optischen Metrologie Standard. Er umfasst Phänomene, die von augenfällig (Regenbogen) bis subtil (die Farbflimmern nahe der Kante einer Kumuluswolke durch Beugung in kleinen Wassertropfen) reichen. Eiskristall-Halos umfassen nicht nur den 22-Grad-Halo, sondern auch den 46-Grad-Halo, Licht- oder Sonnensäulen und Parhelien (Nebensonnen), von denen jeder einer anderen Kristallorientierung und Brechung entspricht.

Das Verständnis von Photometeoren ist in der Präzisions-Optik wichtig, weil sie Messungen verfälschen, die Bildqualität verschlechtern oder Atmosphärenbedingungen anzeigen können, die die Instrumentenleistung beeinflussen. In der Luftbildfotografie und Satellitenbildgebung können Eiskristalle in der oberen Atmosphäre Artefakte in den Daten erzeugen. Umgekehrt liefert die gezielte Beobachtung von Photometeoren Echtzeitinformationen über den Typ, die Größe und die Konzentration atmosphärischer Partikel ohne den Einsatz einer Sonde oder eines Sammlers.