Valgussambad

EMHIsse saadeti kiri, milles paluti vastata ühe lugeja saadetud fotodega küsimusele, sest ta oli näinud huvitavaid valgussambaid. Kuna EMHIs polnud kellelgi piisavalt aega ega teadmisi seda küsimust kommenteerida või nähtust lahti seletada, siis saadeti küsimus mulle. Saatsin Postimehele vastuse, mis avaldati sellisena: http://www.ilmajaam.ee/?id=366053. Järgnevalt siis originaalvastus, mille saatsin:

Mitte segi ajada vikerkaartega, sest vahel peetakse erksavärvilisi halonähtuseid vikerkaareks, nii et olgu rõhutatud veelkord: vikerkaar saab tekkida vaid valguse paistmisel vihmapiiskadele või udule. Kõik valguse peegeldumis-ja murdumisnähtused jääkristallidel kannavad nime halonähtused. Sealjuures põhjustab halode värvilisust dispersioon ehk valguse murdumisnäitaja sõltuvus lainepikkusest, kusjuures enam kalduvad esialgsest suunast kõrvale lühemad lainepikkused. Ka vikerkaare värvilisus on sellest põhjustatud.

Kitsamalt mõistetakse halo all 22° või harva tekkivat 46° haloringi Päikese või Kuu ümber ja need halovormid tekivad enamasti kiudkihtpilvede korral, sest vaja on pidevat (katkematut) pilvekihti, vastasel juhul on näha vaid halo fragmendid.

Halovorme on väga palju, mõned neist on üliharuldased. Halosid tuntakse rahvusvaheliselt kreekakeelsete nimede all (näit. anthelion).

Halod tekivad siis, kui valgus läbib jääkristalle ning murdub seal, kuid on ka erand: sambad. Halosid tekitavad jääkristallid on tavaliselt heksagonaalsed ning on halode puhul sageli joondunud või korrastunud teatud kindlal viisil, erand näiteks: 22-kraadine halo.

Tuntakse siiski ka püramiidjatel jääkristallidel tekkinud halovorme, näiteks raadiushalod, kuid need on väga haruldased.

Halovormide 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, sest oluline on otsekiirguse läbipääsemine.

Halod võivad tekkida ka maapinnalähedases õhukihis, kui seal on jääkristalle (teemanttolm). Tavaliselt on ilm siis vaikne ja väga külm, isegi pakaseline.
Päikesesammas loojangu ajal 30. aprillil 2009. aastal. Põhjuseks jääkristallid atmosfääris, mis moodustavad kiudpilvi.

Vahel on näha päikese või tehisvalgusallikate kohal või harvem selle all sammast. Sellisel juhul on õhus hõljuvad ja laskuvad jääkristallid tavaliselt väga õhukesed ning ainult peegeldavad või hajutavad valgust. Jääliistakute laiem külg on enam-vähem horisontaalselt maapinnaga.

Sambad on tavaliselt horisondist mõne kuni 20° kõrgused, kuid võivad teatud juhtudel ulatuda peaaegu seniidini. Valgussamba laius ja kõrgus sõltub vaatleja asukohast, valgusallikast, jääkristallide suurusest, hulgast, asukohast ja orienteeritusest (mida väiksemad jääkristallid ja suurem orienteeritus, seda kitsamad sambad). Kui on väga palju peeneid jääkristalle, siis on sambad kitsad ja tihti ka kõrged, kuid kui langeb üsna suuri jääkristalle ja neid väga palju pole, siis on sambad enamasti üsna lühikesed, laiad ja vähemärgatavad. Erinevalt ülejäänutest halonähetest tekivad sambad vaid valguse peegeldumisel edasi (enamasti jääkristallide ala-, harvem ülapinnalt), mistõttu nähtus võtab selle all oleva valgusallika värvi, st valguse värvus ei muutu. Paljude teiste halovormide puhul valgus ka murdub jääkristallides ning tekivad värvid. Samuti saavad sambad tekkida ka liitkristallide (lumehelveste) puhul. Sambaid võib näha nii talvel kui suvel. Suvel on sammaste tekkimise põhjuseks kiudpilved, sest need koosnevad jääkristallidest (vt ülaolevat fotot).

Valgussammaste tekkimine. NB! Õhus võib-olla ja enamasti ongi sammaste nägemise ajal igasuguse orientatsiooniga jääkristalle. Nende jääkristallide, millel on joonisel näidatud orientatsioon, valgusvilked jõuavad vaatlejani. Massilised (tuhanded ja miljonid) vaatlejani jõudvad valgusvilked jääkristallide põhjatahkudelt tekitavadki mulje sambast, sest taju ei erista üksikuid vilkeid. Seega mingit kiirt või sammast tegelikult pole, vaid ainult massilised vilked sulanduvad sambaks.

Talvel aga võib sambaid 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 tüüpiliselt läheneb keskmistel laiustel läänetuulte tõttu pilvemassiiv läänest või edelast ilmselt madalrõhkkonna ja sooja frondi lähenemise tõttu. Enne lumesadu langeb pilvedest sageli jääkristalle, mida me ei pane tähele, kuid päikesesammas annab nende olemasolust siiski tunnistust.

Mis puutub nendesse Lätis tehtud piltidesse, sest sellega seonduvat on õige põhjalikult käsitletud siin: http://tinyurl.com/36mpzpc NB! Kuna originaalaadress on 409 märgi pikkune, pidin seda lühendama. See nn tinyurl aadress viib Teid õigele leheküljele. Sait ei avane kohe, vaid oodake 1-5 minutit, sest tegu on trükisega, mille maht on umbes 9 mb ja see on pdf-na, mistõttu avaneb alles siis, kui arvuti on selle lõpuni jõudnud üles laadida! Lätis tehtud kummalisi valgussambaid puudutava leiate alates 73. lk ja edasi. Seal on jooniseid ja see foto samuti olemas. Ma pole kindel, kas seda materjali üldse on vaja uurida, aga mainin ära, sest puudutab seda Läti vaatlust.

Valgussambad tehisvalgusallikate kohal 23. detsembri õhtul 2010. a. Ilm oli vaikne ja külm ning õhus hõljusid plaatjad jääkristallid.

Valgussambad 27. jaanuari õhtul Tartu kohal. Õhus oli massiliselt väga peeneid jääkristalle, mistõttu tekkisid kõrged, aga kitsad sambad. Ilm oli tuulevaikne ja külma 24˚C.

Mida suurem on jääkristallide kalle aluspinna suhtes, seda kõrgemad saavad olla sambad. Kuna antud juhul oli jääkristalle massiliselt ja neid oli igasuguse orientatsiooniga, siis leidus ka suure kaldega kristalle ja seega jõudis neilt valgusvilkeid vaatleja ehk antud juhul minuni ja tekkis kõrge valgussammas. Pane tähele, et sammas nõrgeneb ülemises osas – kõige enam oli väikese kaldega jääkristalle, suurema kaldega oli vähe. Kuna suure kaldega kristalle vähe, siis ka sammas nõrgem üleval, seega samba eredus vastavalt kõrgusele näitab vastava sobiva kaldega kristallide suhtelist hulka.

Autori fotod