You are here

Valgus ja värv looduses: viimaste päevade trend on halod

Detsembri lõpp ja jaanuari algus on pakkunud võimalust jälgida imelist looduse vaatemängu - halosid. Teateid on tulnud küll peamiselt Tartu ümbrusest, ent halosid on nähtud mujalgi. Mida siis täpsemalt on märgatud? Miks halod tekivad?

Kõige rohkem on kõneainet pakkunud just ebapäikestega halo, mille puhul öeldakse ka, et taevasse tõusis kaks või kolm päikest; harvemal juhul võib ebapäikeseid ka rohkem olla. Just kahe ebapäikesega halot nähti Tartus koguni kahel järjestikusel hommikul: 5. ja 6. jaanuaril. 5. jaanuaril nähti samalaadset halot ka Viljandi ümbruses (lähemalt vt http://www.ilmajaam.ee/?id=64682 ja http://www.ilm.ee/?45391). Tavalisemast ebapäikesest tuli teade ka Saaremaalt. Saaremaa ebapäike erines Tartus ja Viljandis nähtust eelkõige selle poolest, et tekkis maapinnast kõrgel õhus ja pilvedes, aga Tartu ja Viljandi oma just maapinna lähedal.

 

Foto 1. Ebapäike 5. jaanuaril Saaremaa taevas. Päike asub paremal. Eemal on näha rünksajupilvi, mis tekivad mere soojusest ja katsid 2. jaanuaril saared lumega. Foto: S. Lõuk

Detsembri lõpus, kui valitses samuti rahulik ja külm ilm, võis looduses näha mõndagi huvitavat: lisaks värvikatele päikesetõusudele ka haloilminguid ning valguse ja värvi mängu nii taevas kui seoses pilvede ja jääkristallidega.

Halo tekib valguse ning jääkristallide koosmõjus. Halo kuju ning värvused ja nende paigutus sõltub eelkõige jääkristallide kujust ning paiknemisest (orientatsioonist) ruumis. Lisaks on vaja, et jääkristallidest pilved või kogumid ei oleks nii tihedad, et neelaksid kogu või suurema osa valgusest – oluline on otsekiirguse läbipääsemine.

Tartu ja Viljandi

halo puhul olid tekketingimused ja põhjused järgmised. Vana aasta lahkus pehme, paljudes kohtades sula ilmaga, ent uus aasta tõi uue ilma. Üle Soome liikus itta aktiivne tsüklon, mis tõi põhjanaabritele tugeva tormi (tuul kuni 30 m/s), kuid Eestisse enamasti mõõduka tuule. Lund peaaegu ei sadanud. Lääne- ja edelatuul pöördus ning tuul hakkas puhuma põhjast ja loodest. Meieni hakkas kanduma arktilist õhku. Temperatuur langes, sest külma õhu juurdevool jätkus ja taevas selgines. 2. jaanuari hommikuks oli külma kohati alla -10 °C, vaid saartele tõi madalrõhulohk lund. Kuna ilm selgines ja külmenes ning tuul nõrgenes, kujuneski halonäheteks sobiv taustsüsteem.

Õhutemperatuuri langusega suurenes ka õhuniiskus, sest olulist õhuvahetust ümbritsevaga ei toimunud ning absoluutne veeauru hulk jäi samaks. Külmemasse õhku mahub aga vähem veeauru, mis viimaks kondenseerub. Paljudesse kohtadesse (eriti puudele) tekkis kaunis härmarüü. Vaiksemates kohtades kujunes õhku küllastanud veeauru tõttu udu, kusjuures vähemalt osaliselt see udu jäätus - kujunes nn jääudu. Jääudu peetakse Eestis võrdlemisi haruldaseks ja see tekib tavaliselt siis, kui külma on üle 20°. Sobivatel tingimustel võib jääudu (või osalist jääudu) tekkida ka üksnes mõnekraadise külma korral. Kuna veepiisad on jäätunud, siis tundub selline jääudu sageli suhteliselt kuiv.

Hommikul, mil selgesesse taevasse tõusis päike, kuid jääudu või jääkristallide kogumid ei olnud veel hajunud, tekkiski halosüsteem. Nii Viljandi kui Tartu halode puhul oli selgesti näha, et tihedat udu pole, vaid meteoroloogilises mõttes on tegu ainult kerge vine või hämuga, mis täidab väga hästi seda halo kujunemise tingimust, et otsekiirgus pääseks hästi läbi. Sellega on osaliselt seletatav ka ebapäikeste eredus.

Halode ja vikerkaarte värvilisust põhjustavad nii valguse murdumine kui ka difraktsioon. Valguskiirte murdumisel kaldub kõrvale pigem väikese lainepikkuse valgus (sinine ja violetne), suure lainepikkusega punane valgus aga kõige vähem. Seetõttu näemegi halosid ja vikerkaari värvilistena.

Kõrvalpäikesed

Kõrvalpäikesed, teadusliku nimega parheelia, ei teki suvalise kujuga jääkristallide puhul, vaid tarvis on lamedaid kuusnurkseid kettakujulisi jääplaadikesi, kusjuures nende teljed peavad olema orienteeritud püstsuunas. Samuti peavad jääkristallid olema korrapärased, neid peab olema suhteliselt suurel hulgal ning nähtuse selguse huvides peavad nad olema ka piisavalt suured, sest muidu muutub halo difraktsiooni tõttu väga uduseks ning laialivalgunuks. Ebapäikest tekitav valguskiir siseneb jääkristalli külje kaudu.

Täpsuse huvides olgu öeldud, et sobivatel tingimustel võib ebapäike tekkida ka teistsuguste kui kettakujuliste jääkristallide, näiteks jääsammmaste korral. Ent sisuliselt on ka siis tegu väga paksu „plaadiga". Et üheks nõudeks on võimalikult suur korrapära, saab nähtus täiel määral ilmneda ikkagi tuulevaikse ilma korral või nõrga tuulega. Jääkristallid laskuvad sellisel juhul aeglaselt ning ühtlaselt. Kui orientatsiooni korrapära on väiksem, hakkab domineerima tavaline haloring.

Ebapäikese sisemine külg on punane, välimine osa, mis moodustab sageli saba, on sinakat värvi. Keskel on sel kollakas toon. Kui hoolega vaadata, siis selgub, et ebapäike asub siiski haloringist veidi eemal. Tartu ja Viljandi juhtumi korral seda eriti märgata pole, kuna päike asus madalal. Mida kõrgemal päike paistab, seda enam eemalduvad ebapäikesed haloringist.

Halod

Enamlevinud ringikujulisi halosid on kahte tüüpi: 22° ja 46° halo, kusjuures 46° haloring on märksa kahvatum ja haruldasem kui väike halo. Ebapäikesed võivad tekkida mõlemal juhul. Väikest halo näeme sageli enne madalrõhkkonna saabumist, seega on nende ilmnemisel oodata ilmamuutmist. Ära ei tohiks siin segada põhjuslikkust ja tekketingimusi: ilm võib muutuda mõlemal juhul (ükskõik, kas halo tekkis maapinna lähedal või pilvedes), kuid tugevam põhjuslik seos valitseb järgneva ilmamuutuse ja halo vahel ikkagi siis, kui see moodustub pilvedes, täpsemalt kiud- ja kiudkihtpilvedes, mis sageli eelnevad soojale frondile. Seejuures suur haloring on selles suhtes vähem informatiivsem.

Väike halo on kinnine ring, kui seda tekitavad pilved pole katkendlikud. Kui ebapäikeseid ei ole, siis on väike halo nende arvatava koha peal kõige eredam ehk silmatorkavaid osasid on neli, jagades ringi justkui neljaks võrdseks sektoriks. Halo sisemine serv on punakas, välimine valge või sinakas. Vahel võib täheldada, et halo sisse jääv taeva osa on ümbritsevast tumedam, mis on seotud valguse hajumisega.

Nagu ebapäikesedki, tekivad ringikujulised halod valguse murdumisel jääkristallides. Ka sel juhul on jääkristallid kuuetahulised. Haloringi puhul pole jääkristallide orientatsioon oluline. Kuna turbulentsi tõttu on jääkristallid segi paisatud, siis peegeldavad need valgust igas suunas. Jääkristalli sisenenud valgus murdub aga enamasti ligikaudu 22° nurga all valgusallika suhtes, mistõttu kõige rohkem saabub valguskiiri valgusallikast ehk päikesest 22° nurga all. Seal kohas me näemegi suurimat heledust, mis moodustab haloringi. Nagu ebapäikese ja vikerkaare korralgi, murduvad sinised valguskiired veidi rohkem kui punased, mistõttu on halo sisemine osa punakas, välimine sinakas. 46° halo puhul peavad valguskiired murduma jääkristallide 90° servadel, mis tingib valgusallikast 46° kaugusel moodustuva ringi. Seda juhtub aga märksa harvem ja seetõttu on suur haloring haruldasem.

Halosid, nagu ebapäikeseid ja vikerkaari, võib näha ka öösel

Enamasti on valgusallikaks kuu, aga asja ajab ära ka mõni tehislik valgusallikas. Kuigi halonähtuseid võib aastas esineda enam kui sajal korral, pannakse neid siiski harva tähele, sest suure heleduse tõttu vaatavad vähesed päikesesse või selle lähedale. Kuuvalgus on sageli aga liiga nõrk, et märgatavat efekti tekitada. Halodega võivad kaasneda veel mitmesugused loogad.

Sambad

Vahel on näha päikese kohal või harvem selle all sammast. Sellisel juhul on laskuvad jääkristallid väga õhukesed ning ainult peegeldavad või hajutavad valgust. Horisontaalne ring tekib juhul, kui jääkristallidel on ka piisav külgtahk, et valgus võiks siseneda ja seal murduda. Sambaid võib sageli näha külma ilmaga auto- ja linnatulede kohal. Sellegi halotüübi puhul saab ennustada ilma: külm annab järele, kuna jääkristallid pärinevad pilvedest, need aga omakorda takistavad edasist jahtumist. Kui sammas tekib hommikul päikese kohale, võib oodata lumesadu ja isegi tuisku, kuna pilvemassiiv läheneb läänest või edelast ilmselt madalrõhu tõttu. Enne lumesadu langeb pilvedest sageli jääkristalle, mida me ei pane tähele, kuid päikesesammas annab nende olemasolust siiski tunnistust.

 

Foto 2. Optiline süsteem 24. detsembril Tallinnas. Näha on nõrka valgussammast nii päikese kohal kui all, samuti on väga eredalt esindatud fragment suurest haloringist. Pildistamise hetkel sadas jääkristalle ja kerget lund. Foto: Jüri Kamenik

 

Hämarikunähtustest ja muust huvitavast

Peale halonähtuse võis märgata nii enne kui pärast aastavahetust teisigi huvitavaid loodusnähtusi.

Paaril hommikul uuel aastal, kui ilm oli üsna külm ja kõle ning päike tõusis, võis näha lumesajujooni pilvedest. Kui päike oli silmapiirist juba mõne kraadi kõrgusele tõusnud, võis samal ajal märgata lehvikutaolist valguse hajumist päikese kohal, mis on siiski vaid perspektiivi ilming, sest valguskiired on praktiliselt paralleelsed. Ka väga nõrk valgussammas oli näha.

 

Foto 3. Päike valguslehvikuga Tallinna kohal 2. jaanuaril. Tegemist on siiski optilise illusiooniga. Foto: Jüri Kamenik

 

Foto 4. Päikesetõus samal hommikul. Näha on lumesajujooni ja nõrka sammast päikese kohal. Külma oli siiski vaid 7°C. Foto: Jüri Kamenik

 

Kuna ilmad olid selged, siis oli võimalik hästi vaadelda hämarikunähtusi. Päikese loojudes muutus taevas vastasilmakaares horisondi lähedal roosakaks. Tegemist oli Maa varjuga. Roosakas varjuefekt tekib sellest, et valguse hajub kõrgemal atmosfääris olevatelt väikestelt tolmuosakestelt, kusjuures alumistes atmosfäärikihtides otsest päikesevalgust enam pole, sealne valguse hajumine enam ei sega ning roosa valgus pääseb mõjule. Samuti on oluline asjaolu, et valgus läbiks selles tolmukihis võimalikult pika vahemaa, mis on aga võimalik siis, kui päike on loojumas. Kui päike on kõrgel horisondi kohal, läbivad valguskiired tolmukihi ruttu ega jõua eriti hajuda.

Kui Maa vari on jõudnud läänetaevasse, muutub tavaline päevasina sügavsiniseks. Põhjuseks on osooni omavärv: päeval on valguse hajumine tugev ning me näeme hajuvat sinist valgust heledana. Päikese loojudes  valguse hajumine enam ei sega, ent valgust on veel piisavalt, et osooni värv ilmsiks tuleks.

 

Fotod 5 ja 6. 1. jaanuari õhtu Tallinnas. Ülemisel fotol on näha Maa varju, mis ilmneb punaka või roosaka äärisena silmapiiri lähedal. Alumisel on päike loojunud ka kõrgemates atmosfäärikihtides, v. a silmapiiri lähedal. Taeva sügavsinist värvust põhjustab osoon, sest päevane valguse hajumine enam ei sega. Fotod: Jüri Kamenik

 

Üht huvitavat optilist efekti võib märgata eelkõige siis, kui taevas on kihtpilved või kihtrünkpilved. Nähtus on tugevaim, kui õhk ei ole kristalselt läbipaistev, vaid uduvinene või muidu veidi hämune, ning pilvedes on üksikud avad. Sellisel juhul väljuvad pilveavast valguskiired kuni maapinnani. Ribakujulise ava korral, kui see asub enam-vähem päikese all, võivad valgusvihud moodustada lehviku. Vanarahvas tavatses sellise nähtuse korral öelda: "Päike joob vett." Nähtuse teaduslik nimetus on Tyndalli efekt. See efekt näitab, et valgus läbib kolloidsüsteemi. Kui õhus on veepiisakesi või tolmukübemeid, siis moodustavad need kui kolloidlahuse. Tyndalli efekti võib näha näiteks toas, kui tolmu on üles keerutatud ja päike paistab kardinate vahelt sisse; või kui valgusvihk läbib vee, kui tegemist on kolloidsüsteemiga. Tõelistes lahustes, kus lahustunud aine osakesed on samas suurusjärgus kui lahusti aine osakesed, sellist efekti pole.

Väga sageli on Tyndalli efekt looduses jälgitav ka siis, kui kinnise taevaga udu hajub ja pilvemassi tekivad avad või taevas on kihtrünkpilvedega kaetud ja eemal on pilvedes avasid, kust otsene päikesevalgus pääseb läbi. Ilmselt on nähtuse soodustavaks asjaoluks positiivne õhutemperatuur, kuna külmema ilmaga võivad jääkristallid tekitada muid nähteid või valgust üldiselt hajutada.

 

Foto 7. Tyndalli efekt Tallinna kohal 31. detsembril 2008. Mere peal on näha nn päikeserada.

 

Hoidke looduses või üldse väljas olles silmad lahti, mõelge, jälgige, uurige! Kui palju näete siis huvitavat, mida ehk varem polegi märganud!

 

Foto 8. Omapärane purpurne valgustus koos huvitava jääga Saaremaal 5. jaanuaril. Arvatavasti on päikese madal asend ning kiudpilved põhjustanud lühilainelise (sinise) valguse peaaegu täieliku hajumise. Pilved oma punaka või violetse tooniga tugevdavad juba niigi punakat valgust.Foto: S. Lõuk

 

Kasutatud materjale

 

Uudise kirjutas Horisondi teadusblogi jaoks Jüri Kamenik, Tartu Ülikooli Loodus- ja Tehnoloogiateaduskonna geograafiatudeng.

Uudiste märksõnad: 
Ilmume ka e-ajakirjana: