Haloilmiö

Haloilmiö (tai lyhyesti halo) on ilmakehän optinen ilmiö, joka ilmenee taivaalla näkyvinä erilaisina renkaina, kaarina ja kirkastumina. Halot syntyvät, kun Auringon tai Kuun valo taittuu tai heijastuu ilmassa leijuvista jääkiteistä. Tavallisesti halot esiintyvät Auringon, Kuun tai keinovalojen lähettyvillä, mutta suotuisissa olosuhteissa erilaisia halomuotoja voi näkyä koko taivaan alueella.
Toisinaan halot ovat väriltään lähinnä valkoisia, kun taas joissakin on selvästi havaittavissa kaikkia spektrin värejä, minkä takia värikkään halon voi sekoittaa sateenkaareen. Kiteiden rakenne, niiden asento leijaillessa kohti maata sekä Auringon tai vastaavan valonlähteen korkeus vaikuttavat siihen, millaisia haloja taivaalle muodostuu.
Erilaisten halomuotojen yleisyydet vaihtelevat paljon. Tavallisimpia haloja havaitaan keskimäärin yli satana päivänä vuodessa, kun harvinaisimmista tunnetaan koko maailmasta vain muutamia yksittäisiä havaintoja. Harvinaisten halomuotojen esiintyminen vaatii yleensä tarkalleen tietynmuotoisia jääkiteitä, kiteiden on oltava optisesti riittävän virheettömiä ja leijuttava ilmassa tietyssä asennossa. Suurikokoisten halojen harvinaisuutta selittää myös niiden himmeys.

Kiteet

Prismaattiset kiteet ovat tavallisesti kuusikulmaisen särmiön muotoisia, ja niissä on päätypintoja ja prismapintoja. Täysin säännöliset kuusikulmiot ovat harvassa, ja tavallisesti kiteiden prismapinnat ovat eri kokoisia.
Pyramidikiteet ovat rakenteeltaan vaihtelevia. Yleensä joko niiden molemmissa tai pelkästään toisessa päässä on nimen mukainen katkaistu pyramidin muotoinen kärki, jonka huippukulma on 56 astetta. Pyramidikiteet ovat harvinaisempia kuin prismaattiset, minkä vuoksi myös niiden aiheuttamat halot ovat harvinaisempia. Yleisin pyramidikiteistä aiheutuva halo on 9 asteen rengas, joka tunnetaan myös Van Buijsenin halona.
Laattakiteet ovat rakenteeltaan litteitä jääkiteitä, jotka ovat kuusikulmaisen särmiön muotoisia. Ne muistuttavatkin esimerkiksi kylpyhuoneissa käytettyä kuusikulmaista lattialaattaa. Laattakiteet leijailevat ilmassa tavallisesti niin, että laattapinta on horisonttiin nähden kutakuinkin vaakasuorassa. Laattakiteistä aiheutuvia haloja ovat sivuauringot, zeniitinympäristön kaari ja 120 asteen sivuauringot.
Pylväskiteet ovat hieman katkaistujen lyijykynänpätkien muotoisia. Niiden rakenne muistuttaa särmiötä, jonka päässä on suorakulmainen kartio. Kiteet leijuvat ilmassa tavallisesti niin, että pitempi akseli on horisonttiin nähden vaakasuorassa asennossa. Pylväskiteet aiheuttavat 22 asteen sivuavia kaaria ja 46 asteen sivuavia kaaria.
Kaikkia havaittuja haloja ei voida selittää näillä kiteillä, vaan muunkinlaisia kiteitä on oltava olemassa, mutta niistä ei tiedetä paljoa. Halot voivat myös syntyä useammista kuin yhdenlaisista kiteistä, tällaisia haloja ovat auringonpilari ja horisonttirengas.

Leijailuasennot

Satunnaisessa asennossa leijailevien kiteiden synnyttämä halo on muodoltaan symmetrinen. Tyypillisimpiä satunnaisissa asennoissa leijailevien jääkiteiden aiheuttamia haloja ovat 22 ja 46 asteen renkaat, joista ensimmäistä voi Suomessa havaita jopa noin 130 kertaa vuoden aikana. Jääkiteen satunnainen leijailuasento johtunee sen epätäydellisestä muodosta. Tällaisen kiteen pinnalla on mahdollisesti syvennyksiä, ja sen sisällä voi olla ilmataskuja. On myös mahdollista, että kiteet esiintyvät epämääräisinä ryppäinä, joissa useita kiteitä on kiinnittynyt toisiinsa.
Parry-asento on harvinainen asento, jossa kiteen pitempi akseli ja kaksi prismapintaa ovat horisonttiin nähden vaakasuorassa. Kiteet muodostavat muun muassa Parryn ja Tapen kaaren.
Lowitz-asento on harvinainen leijailuasento, jossa kiteet heilahtelevat vastakkaisten prismapintasärmien välisen vaakatasossa olevan akselin suhteen. Lowitz-asentoiset kiteet aikaansaavat muun muassa Lowitzin kaaren ja 46 asteen kontaktikaaren.

Halojen värityksestä yleisesti

Halojen värit vaihtelevat olosuhteiden mukaan värittömän valkoisesta koko spektrin värikirjoon eli violetin sävyistä vihreään, keltaiseen ja punaiseen. Eri värit johtuvat, siitä miten haloja aiheuttavat kiteet taittavat valonsäteitä. Säde, joka on samalla monen valon eri aallonpituuden kimppu, kulkee taittuen kiteen läpi, jolloin säde hajoaa spektrin eri väreihin. Valon heijastuessa jakautuneisiin väreihin hajoamista ei kuitenkaan tapahdu. Näin ollen värikkäästä halosta voi havaitsija päätellä valon kulkeneen jääkiteen lävitse.
Värikkäin tunnetuista haloista on zeniitinympäristön kaari, jota nimensä mukaisesti esiintyy taivaanlaen, eli zeniitin lähellä. Se sijaitsee samalla puolella taivaanlakea kuin Aurinko, ja tavallisesti sen kanssa samaan aikaan näkyvät myös sivuauringot. Sopivissa oloissa myös sivuauringot saattavat olla hyvin värikkäitä. Vaikka sekä zeniitinympäristön kaari että sivuauringot ovat molemmat tavallisia haloja, ei zeniitinympäristön kaari tule välttämättä useinkaan huomatuksi monien katsoessa hyvin harvoin suoraan ylös taivaanlaelle. Siihen verrattuna kirkkaat sivuauringot tulevat auringon ympäristössä huomatuksi melko helposti.

Punertavat halot

Kun Aurinko on matalalla, halot ovat väriltään punertavampia. Syy tähän on sama kuin itse Auringonkin punertavuuteen tällaisena ajankohtana. Auringon valo joutuu horisontista käsin kulkemaan pitemmän matkan ilmakehässä kuin, jos se paistaisi suoraan ylhäältä. Ilmakehä suodattaa Auringosta lähtöisin olevan valon aallonpituuksia, minkä jälkeen pitkäaaltoinen punainen väri jää näkyviin viimeisimpänä. Jos halon valonlähde on Aurinko, myös nekin muuttuvat siis punertaviksi. Tästä syystä esimerkiksi muutoin valkoisen värinen auringonpilari värjäytyy punaiseksi, kun Aurinko on hyvin matalalla ja lähellä horisonttia.

Esiintyminen

Halot syntyvät tavallisesti 5–10 kilometrin korkeudella harso- ja untuvapilvissä. Kyseiset pilvet peittävät taivasta ohuen huntumaisena. Kun esimerkiksi Auringon (mahdollisesti myös Kuun) valo kulkee tällaisen pilviverhon läpi, voi samalla syntyä myös haloja. Tietynlaisissa keskipilvissä, kuten verhopilvissä ja sadejuovaisissa hahtuvapilvissä, voi myös muutaman kerran vuodessa esiintyä haloja. Talven pakkaskeleillä haloilmiöitä aiheuttavat myös lähellä maanpintaa leijailevat jääkiteet.
Toisinaan halot saattavat näkyä tuntikausia, kun keliolosuhteiden vaikutuksesta halonäytös saattaa joskus jäädä hyvinkin lyhyeksi. Esimerkiksi sivuaurinko saattaa ohi liikkuvassa cirrus-kuidussa tulla näkyviin vain muutaman kymmenen sekunnin ajaksi ja himmetä sitten näkymättömiin. Haloilmiöt ovat useimmiten melko himmeitä, mutta saattavat toisinaan herättää huomiota jopa sateenkaarta kirkkaampina. Monia himmeän valkeita haloja voi olla vaikea erottaa sitä ympäröivän pilven kirkkaammista tihentymistä varsinkin, jos itse pilven pinta näyttää säikeiseltä tai kuitumaiselta. Kirkastuman pysyessä paikallaan valonlähteen (esim. Auringon) suhteen, pilven liikkeestä huolimatta, voi melko luotettavasti varmistua siitä, että kyseessä on haloilmiö. Yleensä yläpilvet liikkuvat silmin nähden hitaasti, jolloin tarkkailu saattaa viedä aikaa, ennen kuin havaitsija kykenee varmistumaan halohavainnostaan.
Suomen oloissa kenties parhaat havaitsemisajankohdat haloille ajoittuvat keväälle, jolloin maan yllä on melko runsaasti harsopilviä, silti ala- ja keskipilvien määrän jäädessä vähäiseksi. Ala- ja keskipilvet saattaisivat nimittäin estää näkyvyyden niitä ylempänä syntyviin haloihin. Otollista aikaa halojen tarkkailuun ovat myös talven pakkaspäivät, jolloin kirkkaita halonäytelmiä voi näkyä lähempänä maanpintaa. Esimerkiksi laskettelurinteiden lumitykit sekä isojen tehtaiden ja voimaloiden savupiiput voivat aiheuttaa jonkinlaisia ”jääkidesateita”, joissa tietyt halot voivat muodostua. Näissä tapauksissa jääkiteet ovat alkaneet kasvaa päästöissä olevien pienten hiukkasten ympärille, kun ilman kosteus on ollut tarpeeksi suuri. Talvisaikaan Kuu nousee taivaalla korkealle ja pysyttelee siellä pitkään, joten myös yöllä voi havaita Kuun valon aiheuttamia haloja.
Tietynlaisilla Maapallon alueilla haloja voi havaita paljon, ja eräs esimerkki tällaisesta ovat Etelämantereen sisäosat. Suomen sijainti maapallolla on halojen esiintymisen suhteen melko hyvä, sillä Suomen pohjoisilla leveysasteilla haloja esiintyy melko runsaasti.