thumb|250px|Een 22°-halo rond de zon De term halo wordt gebruikt als de verzamelnaam voor een familie van lichtverschijnselen aan de hemel door toedoen van ijskristallen in de atmosfeer. Er bestaan vele soorten halo's, variërend van gekleurde of witte kringen tot lijnen en lichtplekken, meestal in de nabijheid van de zon of maan. Halo's worden veroorzaakt wanneer het zon- of maanlicht door een ijle nevel van ijskristallen schijnt, die zich op grote hoogte kan bevinden (in de vorm van cirrus- of cirrostratusbewolking) maar ook dichter bij de grond.
Soorten ijskristallen thumb|Plaat- en zuilvormige ijskristallen. Niet alle soorten ijskristallen zijn geschikt om halo’s te vormen: belangrijk is dat ze voldoende doorzichtig zijn en de vorm hebben van min of meer regelmatige zeshoekige prisma’s; dat wil zeggen met zes rechthoekige zijvlakken en twee zeshoekige boven- en ondervlakken. Dendritische of anderszins onregelmatig gevormde ijskristallen hebben niet de vereiste optische eigenschappen om halo’s te veroorzaken.
Een verder belangrijk onderscheid ligt tussen plaatvormige kristallen, waarbij de zijvlakken van de prisma’s breder zijn dan hoog, en zuilvormige kristallen, met zijvlakken die hoger zijn dan breed. In de kristallografie wordt het kristalstelsel met twee zeshoekige vlakken en zes rechthoekige vlakken hexagonaal genoemd. In zeldzamere omstandigheden kunnen de kristallen ook zeshoekige piramides als boven- en ondervlak hebben.
Zowel deze variaties in vorm als de oriëntatie die de kristallen in de atmosfeer aannemen, zijn bepalend voor de typen halo’s die zich voordoen. Zo zijn horizontaal georiënteerde plaatvormige kristallen onder meer verantwoordelijk voor bijzonnen, lichtzuilen, de circumzenitale boog en de parhelische kring, terwijl willekeurig georiënteerde zuilvormige kristallen onder andere de kleine kring en raakbogen veroorzaken. Een voorbeeld van zuilvormige hexagonale ijskristallen zijn de ijsnaalden, die vallen tijdens een poolsneeuwbui. Meerdere soorten en oriëntaties van kristallen kunnen tegelijk voorkomen, met allerlei mogelijke combinaties van halosoorten tot gevolg.
Vorming miniatuur|Bij een hexagonaal kristal zullen de kristalhoeken aan de buitenkant 60° zijn. Dit zorgt voor een breking van allerlei hoeken afhankelijk van de golflengte. Er is hier duidelijk te zien dat de hoogste intensiteit zal worden behaald bij een brekingshoek van 22°. Vandaar dat de meeste halo's in die hoek zichtbaar zijn voor de toeschouwer. Het ontstaansproces van een halo is enigszins vergelijkbaar met dat van een regenboog. Het verschil is dat een regenboog zijn oorsprong vindt in vloeibare waterdruppels, een halo in ijskristallen. Ook bevindt een regenboog zich altijd aan de tegenovergelegen kant van de hemel als de zon of maan, terwijl de meeste halo's zich juist in de richting van de zon of maan bevinden. De ijskristallen fungeren als zeshoekige prisma's die het licht breken en/of reflecteren, resulterend in een veelheid aan mogelijke kringen, bogen en lichtplekken aan de hemel. Een inkomende witte lichtstraal, bijvoorbeeld uit zon- of maanlicht, breekt door het prisma-effect van het ijskristal op in verschillende kleinere golflengten, elk met een andere brekingshoek, en dus kunnen er verschillende kleuren boven elkaar worden waargenomen. Als de verantwoordelijke wolken zich hoog genoeg in de atmosfeer bevinden om permanent ijskristallen te bevatten, kunnen halo's gedurende het hele jaar en in alle klimaten worden waargenomen. Bij lage temperaturen kunnen de ijskristallen ook dichter bij het aardoppervlak zweven, wat gebeurt bij de ijsnaalden tijdens een poolsneeuw, en op dezelfde manier halo's veroorzaken.. Halo's - Lichtverschijnselen aan de hemel
Verscheidenheid thumb|Twee bijzonnen bij lage zonnestand, New Ulm, Minnesota, Verenigde Staten, 22 januari 2005. Er bestaat een grote verscheidenheid aan halo’s, sommige waarvan regelmatig en overal ter wereld voorkomen, andere zeer zelden. Er kunnen meerdere typen halo’s tegelijk zichtbaar zijn; welke dat zijn is afhankelijk van de vorm en oriëntatie van de ijskristallen in kwestie (zie Soorten ijskristallen hierboven) en de hoogte van de zon of maan boven de horizon. Hieronder volgt een overzicht van de frequentere soorten halo’s.
Kleine kring De 22°-halo of kleine kring vormt een wijde ring rondom de zon of maan. Het is verreweg het meest voorkomende type halo en de oorsprong van de categorienaam; vaak wordt hij dan ook simpelweg met "halo" aangeduid. De kring is subtiel-regenboogkleurig, met een roodachtige gloed aan de binnenzijde die naar buiten toe verloopt tot blauwig. Karakteristiek is ook dat de binnenrand relatief scherp is afgebakend, terwijl de buitenzijde meer diffuus afloopt. Het effect ontstaat door zuilvormige ijskristallen, die ongericht in de atmosfeer zweven en zo het licht in alle richtingen afbuigen tot een kring met een straal van ongeveer 22 booggraden; dit komt grofweg overeen met de breedte van een uitgespreide hand op armlengte.22 degree Halo, Atmospheric Optics De naam kleine kring is enigszins misleidend, aangezien de kring een groot gedeelte van de hemel beslaat; de term dient ter onderscheiding van de veel zeldzamere 46°-halo of grote kring die een straal van ongeveer 46 booggraden heeft.
Bijzonnen en bijmanen thumb|Een prominent gekleurde rechter bijzon
Bijzonnen, wetenschappelijke naam parhelia (enkelvoud parhelium), verschijnen als twee heldere lichtvlekken links en rechts van de zon op dezelfde hoogte boven de horizon. Bijzonnen kunnen zeer fel zijn en zo de indruk wekken dat er drie “zonnen” op een rij aan de hemel staan. Ze vallen vooral op bij een lage zonnestand, in welk geval ze ongeveer op dezelfde boogafstand liggen als de kleine kring. Naarmate de zon hoger boven de horizon staat neemt de afstand van de bijzonnen in horizontale richting toe.
Prominenter dan de kleine kring zijn bijzonnen enigszins roodkleurig in de richting van de zon en blauwig aan de buitenzijde. Ze zijn grofweg driehoekig van vorm, elk met een platte zijde naar de zon gekeerd en een punt ervan af gericht. De punt kan uitlopen in een horizontale ‘staart’, die geleidelijk overvloeit in de parhelische kring (indien aanwezig).
Wanneer de maan het effect veroorzaakt, wordt er gesproken van bijmanen (wetenschappelijke naam paraselenae, enkelvoud paraselena). Bijzonnen en -manen worden veroorzaakt door plaatvormige ijskristallen, die door hun vorm van nature de neiging hebben om zich min of meer horizontaal in de lucht te oriënteren. Als gevolg hiervan wordt het licht niet uniform afgebogen maar concentreert het zich in horizontale richting, resulterend in twee heldere plekken op dezelfde hoogte boven de horizon als de zon of maan. Als de kristallen in de lucht enigszins heen en weer schommelen, heeft dit tot gevolg dat de bijzonnen of -manen verticaal worden uitgerekt.
Lichtzuilen thumb|Een zonnezuil in Finistère, Bretagne. Een lichtzuil heeft de vorm van een verticale lichtkolom die zich boven of onder een lichtbron lijkt uit te strekken. De zuil neemt dezelfde kleur aan als de lichtbron en kan een aanzienlijke lengte bereiken. Het verschijnsel is vaak goed te zien bij zonsopkomst of -ondergang (men spreekt dan van een zonnezuil), maar kan zich ook bij de maan of kunstmatige lichtbronnen voordoen.Light pillars, Atmospheric Optics
Lichtzuilen worden over het algemeen veroorzaakt door reflectie van het licht tegen de boven- of ondervlakken van plaatvormige ijskristallen, die aldus als een collectieve spiegel fungeren, een effect analoog aan de reflectie van de zon of maan op een wateroppervlak. Ook andere typen ijskristallen dan plaatjes kunnen soms lichtzuilen veroorzaken.
Afhankelijk van de positie van de waarnemer ten opzichte van de ijskristallen en de lichtbron kan het effect zich zowel boven als onder de lichtbron vormen. Hoe meer de ijskristallen in de lucht heen en weer schommelen, des te langgerekter de zuil wordt. Wanneer de kristallen stil genoeg hangen om een min of meer cirkelvormige reflectie onder de zon of maan te veroorzaken is er sprake van een onderzon of -maan.
Raakbogen thumb|Een bovenraakboog bij lage zonnestand. Raakbogen zijn min of meer boogvormige segmenten die de kleine kring met hun bolle kant aan de boven- en onderzijde raken. Ze verschijnen vaak slechts als een merkbare verheldering van de kleine kring, maar in gunstige omstandigheden steken de ‘armen’ daar enige afstand boven en onder uit. Raakbogen worden net als de kleine kring veroorzaakt door zuilvormige ijskristallen en kunnen eveneens subtiel gekleurd zijn, met de rode kant in de richting van de zon.
Er wordt onderscheid gemaakt tussen de bovenraakboog en de onderraakboog. Hun vorm is sterk afhankelijk van de hoogte van de zon of maan boven de horizon: bij een lage stand is de bovenraakboog scherp gepunt in een V-vorm en de onderraakboog geconcentreerd tot een heldere vlek; bij een hogere stand vlakt hun vorm gaandeweg af tot zwak gegolfd met de bolle kant op de kleine kring. Wanneer de zon of maan hoger aan de hemel staat dan ongeveer 30 graden smelten de boven- en onderraakboog samen tot de omhullende halo. Beide verschijnselen zijn dus technisch gesproken identiek en verschillen alleen van elkaar door de hoogte van de lichtbron.
Omhullende halo De omhullende of omschreven halo heeft de vorm van een afgeplatte ring, die de kleine kring aan de boven- en onderzijde raakt en links en rechts ervan twee afhangende lussen vertoont. Zoals hierboven vermeld is de omhullende halo niets anders dan de versmelting van de twee raakbogen zodra de zon of maan hoger dan 30° boven de horizon staat. Ook de omhullende halo verandert van vorm naargelang de hoogte van de lichtbron: hoe hoger die zich aan de hemel bevindt, des te minder afgeplat de omhullende halo wordt en hoe meer hij met de kleine kring samenvalt. Bij een stand hoger dan ongeveer 70 graden zijn de twee verschijnselen nauwelijks nog van elkaar te onderscheiden, behalve door de neiging van de omhullende halo om iets prominentere kleuren te vertonen dan de kleine kring.
Circumzenitale boog De circumzenitale boog heeft het uiterlijk van een heldergekleurde boog die hoog aan de hemel op geruime afstand boven de zon of maan staat, met de bolle kant naar beneden gekeerd. De boog lijkt op een ‘omgekeerde regenboog’ en bestaat uit dezelfde kleuren, maar zuiverder van tint. Het rode gedeelte bevindt zich aan de onderzijde, het violette aan de bovenzijde. De booglijn bevindt zich iets boven de (zelden aanwezige) grote kringIs it a 46° halo or a supra/infralateral arc, Atmospheric Optics en beslaat maximaal ongeveer een kwartcirkel, waarvan het centrum op het zenit ligt. De boog neemt geleidelijk in helderheid en lengte af naarmate de zon of maan hoger aan de hemel staat; bij een zonne- of maanhoogte boven de 32° verdwijnt hij geheel.
De circumzenitale boog is geen zeldzaam verschijnsel, maar hij wordt zelden opgemerkt als gevolg van zijn positie bijna recht boven de waarnemer. Als er bijzonnen of -manen zichtbaar zijn is er een goede kans dat ook de circumzenitale boog aanwezig is, aangezien beide verschijnselen door hetzelfde type plaatvormige ijskristallen worden veroorzaakt. Het is dan ook zinvol om naar boven te kijken als er bijzonnen of -manen te zien zijn.
Bijzonnenring en bijmanenring De bijzonnenring of parhelische kring is een wat zeldzamere halo in de vorm van een melkwitte kring die horizontaal door de zon loopt met het zenit als middelpunt. In tegenstelling tot de meeste andere halo’s loopt de bijzonnenring evenwijdig aan de horizon en wordt zo genoemd omdat ze behalve de zon de twee bijzonnen doorsnijdt. In zijn complete vorm omcirkelt de ring de gehele horizon. Bij de maan wordt hetzelfde verschijnsel de bijmanenring of paraselenische kring genoemd.