Obr. 1.7.1 Hlavní halové jevy [1].

Mezi halové jevy nepočítáme barevná kola, která obklopují Slunce, Měsíc nebo jasné hvězdy v jejich bezprostřední blízkosti (viz kapitola 1.6.2.3).

Přehled o nejtypičtějších z nich můžeme získat z obr. 1.7.1, kde S vyznačuje polohu Slunce na zdánlivé nebeské klenbě a jednotlivé úkazy jsou očíslovány. K běžněji se objevujícím patří zejména malé halo (1), které se pozorovateli jeví jako bělavá kružnice nebo pouze její části v úhlové vzdálenosti asi 22^o kolem středu slunečního disku. Vnitřní okraj mívá načervenalé zbarvení. Řidčeji lze pozorovat velké halo (2), a to rovněž v podobě kružnice nebo jejích částí kolem Slunce, ale v úhlové vzdálenosti přibližně 46^o od středu.

Obr. 1.7.2 Základní tvary ledových krystalků [1]
a) sloupek; b) destička; c)hvězdice (dendrit).

Podzimkova monografie uvádí: "W.W.Spangenberg zjistil jako průměrnou hodnotu výskytu jevů hala ve Schwerinu (z let 1929-1952) za rok 63,5 dne, s maximem v květnu (8,2 dne). Nižší hodnoty výskytu jevů uvádí W. Sandner v Mnichově na základě pozorování, jež bylo prováděno po dobu 26-ti let. V průměru bylo pouze 41,8 dne v roce s výskytem jevů halových . Z nich 35,6 dne připadalo na úkazy kolem Slunce a 6,2 dne na jevy kolem Měsíce. Značná část jevů byla složena z několika druhů hala, jež se vyskytovaly současně. Pořadí prvních tří úkazů u Sandnera se co do relativní četnosti výskytu zhruba shoduje s hodnotami uvedenými v tabulce."

Podle způsobu vzniku můžeme halové jevy rozdělit na ty, které se vytvářejí pouhým odrazem slunečních paprsků na stěnách ledových krystalků, zatímco do druhé skupiny počítáme úkazy, k jejichž vysvětlení je nezbytné uvažovat lom světla. V prvém případě je halový jev pouze bělavý, ve druhém případě mívá duhové nebo perleťové zbarvení, přičemž červená barva je vždy na okraji bližším slunečnímu disku. Při této příležitosti si znovu připomeňme, že základním tvarem ledových krystalků je pravidelný šestiboký hranolek, který má podobu sloupku, popř. destičky, nebo jsou vyvinuty pouze krystalové osy tvořící ramena pravidelného šestiúhelníku, čímž vzniká tvar hvězdice neboli dendritu (viz obr.a1.7.2). Tyto ledové krystalky při svém pádu v atmosféře zaujímají takovou polohu, aby kladly vzduchu co největší odpor, tj. že největší plocha je více nebo méně vodorovná. Destičky mají tedy hlavní osu vertikální a sloupečky horizontální. Stačí tudíž brát za základ polohu hlavní osy. Následkem orientovaných krystalů vzniká řada halových jevů, které se mění s výškou Slunce.

Pro teorii halových jevů je důležitá orientace hlavní osy krystalku. Nutno rozeznávat případy, kdy u převládajícího počtu krystalů v oblaku je hlavní osa orientována buď vertikálně nebo horizontálně a konečně pak nepravidelně, tj. ve všech možných směrech. V prvních dvou případech jsou halové jevy ostré a jejich tvar se mění se změnou výšky Slunce. V posledním případě mají tvar kol, v jejichž středu je Slunce.

1. horizontální kruh (3)

Odrazem slunečních paprsků na vertikálně orientovaných krystalových stěnách se vytváří horizontální kruh, což názorně vidíme na obr. 1.7.3. V tomto případě se zřejmě mohou uplatňovat pouze hranolky krystalů s vertikálně, resp. horizontálně orientovanou hlavní osou a horizontální kruh (zpravidla pouze jeho části) je potom tvořen paprsky odraženými na stěnách pláště, resp. podstav. Šestiboké sloupky ledových krystalků vyskytujících se v  atmosféře bývají někdy zakončeny jehlanci ledových krystalků, a odrazem slunečních paprsků na jejich šikmých plochách pak může vznikat halový jev v podobě části kružnice skloněné šikmo k horizontální rovině.

Obr. 1.7.3 Vznik horizontálního kruhu [1]	Obr. 1.7.4. Vznik spodního slunce (a) a halového sloupu (a, b) [1]

Foto. 1.7.1 Halový sloup.

2. halový sloup (4)

Odrazem paprsků na horizontálně orientovaných krystalových plochách (podstavách hranolků při vertikální orientaci jejich hlavní osy nebo vhodně orientovaných plochách pláště při horizontální poloze hlavní osy), zejména v případě polohy Slunce velmi nízko nad obzorem, lze vysvětlit vytvoření halového sloupu, což názorně vidíme na obr. 1.7.4, kde část a) odpovídá dolní a b) horní polovině tohoto úkazu.

Foto. 1.7.2 Halový sloup.	Foto. 1.7.3 Spodní slunce.

3. spodní slunce

Jednoduchým odrazem slunečních paprsků na horizontálně orientovaných krystalových plochách též vznikají tzv. spodní slunce, představovaná při pozorování z letadel nebo z vysoko položených horských míst zrcadlovým odrazem slunečního disku na níže ležící vrstvě ledového oblaku (viz obr. 1.7.4 a)).

b) Halové jevy vytvořené lomem slunečních paprsků

Poněkud složitější je výklad těch halových jevů, kde předpokládáme lom slunečních paprsků a které se vyznačují zabarvením získaným v důsledku závislosti indexu lomu na vlnové délce světla. Značná rozmanitost úkazů vyplývá především z toho, že k lomu dochází při různých lámavých úhlech (viz dále), při různé orientaci, popř. pohybech krystalků a v některých případech se uplatňují i jedno- i vícenásobné vnitřní odrazy obdobným způsobem, jako je popsáno v 1.6.2.2 pro vodní kapky.

1. malé a velké halo (1), (2)

Obr. 1.7.5 Lom slunečních paprsků při malém halu [1]	Obr. 1.7.6. Lom slunečních paprsků při velkém halu [1]

Foto. 1.7.4 Malé a velké halo.

Poměrně jednoduše však lze vysvětlit vznik malého a velkého hala. Na obr. 1.7.5 je znázorněna situace, kdy paprsek vstupuje do šestibokého hranolku ledového krystalu pláštěm kolmo ke hlavní krystalové ose a pláštěm opět vystupuje ven, zatímco obr. 1.7.6 ukazuje paprsek, jenž vstupuje podstavou kolmo k jedné dvojici jejích protilehlých hran a vystupuje pláštěm. V obou případech značí a₁ úhel dopadu a a₂ úhel, pod nímž daný paprsek vystupuje z krystalku do vzduchu. Z uvedených obrázků je patrné, že v podstatě jde o lom světla na hranolu s lámavým úhlem , který se v prvém případě rovná 60^o a ve druhém 90^o.

Foto. 1.7.5 Malé halo.

Z elementárních zákonů geometrické optiky vyplývá pro lom na hranolu zcela analogický princip minimální odchylky, jako jsme uvedli v 1.6.2.2 pro průzračné sférické částice, tzn. že nejvíce světla je koncentrováno do toho směru vystupujících paprsků, který odpovídá minimální hodnotě odchylky směru vystupujícího paprsku od směru paprsku dopadajícího na krystalek. Z jednoduché skutečnosti, podle níž při obráceném průchodu světelných paprsků hranolem zůstává stejná odchylka, tj. paprsek vstupující pod úhlem a₂ vystoupí z krystalu pod úhlem a₁, vyplývá, že v případě, kdy odchylka d nabývá minimální hodnoty d_min, musí platit

a₁=a₂=a_min,

a tedy

b₁=b₂=b_min.    (1.7.1)

Z jednoduchých geometrických úvah, které lze snadno sledovat na obr. 1.7.5 - 1.7.6, dospějeme k závěru , protože , a pro případ minimální odchylky odtud dostáváme

,

.    (1.7.2)

Označíme-li n_r^' relativní index lomu ledu vůči vzduchu, pak jednoduchou aplikací Snellova zákona lomu posléze vznikne goniometrická rovnice

   (1.7.3)

Foto. 1.7.6 Malé halo, vedlejší slunce malého hala a spodní slunce.

ze které lze pro lámavý úhel při známém relativním indexu lomu vypočítat minimální odchylku a dosazením výsledku do (1.7.2) dále určíme, při jakém úhlu dopadu je splněna podmínka minimální odchylky. Hodnota relativního indexu lomu ledu vůči vzduchu je podle Podzimka [20] pro červený konec viditelného spektra asi 1,307 a pro fialové světlo přibližně 1,317. Je tedy patrné, že index lomu čistého průzračného ledu se vcelku málo liší od indexu lomu vody. Vezměme tedy jako reprezentativní hodnotu n_r^' = 1,31, což odpovídá žluté části viditelného spektra. Po dosazení do (1.7.3) dostaneme pro =60^o, d_min 22^o, =90^o, d_min 46^o.

Vraťme se nyní znovu k obr. 1.7.5 a představme si, že znázorněným krystalem rotujeme v poloze splňující (1.7.1) kolem osy ztotožněné s dopadajícím paprskem. Tímto způsobem získáme všechny možné orientace krystalku, kdy dopadající paprsek zůstává kolmý na hlavní osu šestibokého hranolku, přičemž je stále zachována podmínka minimální odchylky. Vystupující paprsky pak vytvářejí plášť kuželu o vrcholovém úhlu přibližně 44^o a po promítnutí zpětně na nebeskou klenbu se jejich stopy nalézají na kružnici kolem Slunce v úhlové vzdálenosti 22^o od jeho středu, tj. vytvoří malé halo.

Tato hala pozorujeme nejčastěji za mrazivých měsíčních nocí. Stejným způsobem si lze představit vznik velkého hala, rotujeme-li na obr. 1.7.6 za podmínek (1.7.1) krystalkem kolem osy vytvořené dopadajícím paprskem. Kromě fotografií na těchto stranách viz také malé halo na foto. 2.1.8.2.

2. Horní cirkumzenitální oblouk (12), dolní cirkumzenitální oblouk

Foto. 1.7.7 Horní cirkumzenitální oblouk.

Pomocí obr. 1.7.6 můžeme ilustrovat i vznik horního cirkumzenitálního oblouku. Na rozdíl od velkého hala je v tomto případě nutná vertikální orientace hlavní osy hranolku a zakreslená situace, kdy paprsek dopadá na horní podstavu kolmo k jedné dvojici jejích hran a pod úhlem splňujícím podmínku minimální odchylky, pak odpovídá nejvyššímu bodu velkého hala, který na obr. 1.7.1 zároveň patří hornímu cirkumzenitálnímu oblouku. Představíme-li si nyní pootáčení hranolku krystalku kolem hlavní vertikálně orientované osy, dostáváme jeho polohy, při nichž dopadající paprsek již není kolmý na určitou dvojici protilehlých hran podstavy. Vystupující paprsek zpětně promítnutý na zdánlivou nebeskou klenbu opisuje stopu v podobě oblouku kolem zenitu. Horní cirkumzenitální oblouk je možno pozorovat pouze tehdy, jestliže Slunce není výše než 32 stupňů nad geometrickým obzorem. Není-li tato podmínka splněna, brání jeho vzniku totální odraz slunečních paprsků uvnitř ledových krystalků. Podobně dolní cirkumzenitální (neboli cirkumhorizontální) oblouk se může vytvořit, není-li Slunce vzdáleno od zenitu více než 32^o stupňů. Na jeho vzniku se podílejí paprsky, které při vertikální orientaci šestibokých hranolků ledových krystalů podstupují lom na lámavém úhlu 90^o, přičemž vstupují pláštěm a vystupují podstavou.

Foto. 1.7.8 Vedlejší slunce malého hala (Plzeň).

3. Vedlejší slunce malého hala (5)

Příčiny vzniku vedlejších sluncí malého hala a jeho horního i dolního dotykového oblouku spočívají v lomu paprsků při lámavém úhlu 60^o. Vytvoření těchto vedlejších sluncí (parhelií) vyžaduje, aby se šestiboké hranolky vyznačovaly vertikální orientací hlavní osy. Příslušné paprsky se potom po průchodu krystalky a zpětném promítnutí na nebeskou klenbu kupí po obou stranách slunečního disku, čímž vznikají světlé skvrny vedlejších sluncí. Jestliže se sluneční disk nalézá těsně u ideálního geometrického obzoru, přímé sluneční paprsky procházejí v daném místě atmosférou horizontálně, svírají pravý úhel s hlavní osou vertikálně orientovaných šestibokých hranolků a vedlejší slunce se pak nalézají na malém halu. Při zvětšování výšky Slunce nad obzorem svírají přímé sluneční paprsky s hlavní osou vertikálně orientovaných hranolků ledových krystalků úhel stále více odlišný od pravého úhlu a vedlejší slunce se vzdalují od malého hala tak, že při výšce Slunce 50^o nad obzorem je jejich úhlová vzdálenost od středu slunečního disku asi 32^o. Naproti tomu horní a dolní dotykový oblouk malého hala vzniká lomem slunečních paprsků na krystalcích, jejichž hlavní osa je orientována horizontálně. Vyjdeme-li opět z obr. 1.7.5, potom za předpokladu, že zakreslený dopadající paprsek splňuje při horizontální orientaci hlavní osy krystalku podmínku minimální odchylky, odpovídá vystupující paprsek nejvyššímu bodu malého hala. Pootáčením šestibokého hranolku z výchozí polohy kolem vertikální osy kolmé na hlavní osu krystalu a zároveň kolem této hlavní osy tak, aby byla stále zachována podmínka minimální odchylky, potom vystupující paprsek zpětně promítnutý na nebeskou klenbu opisuje stopu v podobě horního dotykového oblouku. Analogicky můžeme znázornit vznik dolního dotykového oblouku, vyjdeme-li z polohy krystalku, kterou na rozdíl od obr. 1.7.5 dostaneme jeho otočením o 180^o kolem dopadajícího paprsku.

Foto. 1.7.9 Malé halo, horní dotykový oblouk malého hala a vedlejší slunce malého hala.

4. Další halové jevy

Další halové jevy většinou vyžadují různé speciální orientace ledových krystalků. Tak např. Parryho oblouk, patřící k poměrně vzácným úkazům, vzniká lomem paprsků při lámavém úhlu 60^o na šestibokých hranolcích ledových krystalků, jejichž hlavní osa má horizontální polohu a současně jedná dvojice protilehlých krystalků, jejichž hlavní osa má horizontální polohu a současně jedná dvojice protilehlých stěn pláště leží v přesně horizontálních rovinách. Lowitzovy oblouky naproti tomu vzniknou rotujeme-li sloupkovitými krystalky kolem horizontálně orientovaných hlavních os.

V souvislosti s popisem a výkladem hlavních halových jevů jsme uvažovali sluneční paprsky. Stejné úkazy však mohou být za vhodných podmínek pozorovány i v měsíčním světle. Vzhledem k podstatně menší intenzitě svitu Měsíce ve srovnání se Sluncem jsou však často méně výrazné.

Zpracováno na základě literatury [1], [6] a [20].