Fenómenos ópticos de nubes altas

Las nubes del tipo cirrostratus y, en particular, cirrostratus nebulosus son las que dan lugar a la mayoría de fenómenos de halo y a los más espléndidos. Los halos, tal como pueden denominarse también de manera abreviada, son fenómenos luminosos en forma de línea recta o en forma de arco, blancos o coloreados, que se producen dentro de nubes de hielo. Fritz Möller, conocido catedrático de meteorología de Münich, los llamó "ornamentos celestes", una designación muy pertinente puesto que se cuentan entre los fenómenos más soberbios y bellos que brinda el cielo. Como carecen de utilidad práctica no constituyen un objeto de estudio destacado en la meteorología.

Este esquema gráfico de la bóveda celeste muestra en que lugar de la misma se localizan los fenómenos de halo más importantes. La columna de luz (1) consiste en un haz vertical de luz blanca o, con el sol muy bajo, entre rojiza y amarillenta, situado por encima o por debajo de un sol muy bajo sobre el horizonte. Horizontal al sol discurre el monocromo círculo horizontal (2), por lo común blanco. Justo en la vertical del lugar de observación se sitúa el coloreado arco circuncenital (3), una fracción de un círculo cuyo centro de curvatura coincide con le cenit. Un fenómeno muy habitual y, por tanto, de los más conocidos es un círculo coloreado con 22 grados de radio centrado en el sol; se trata del halo menor (4), así llamado porque también existe lo que se denomina halo mayor que, a diferencia del anterior, es muy infrecuente. Junto a los dos puntos donde el círculo horizontal cruza el anillo del halo pueden brillar dos manchas de luz que reciben el nombre de parhelio (5) y que suelen destacar por su colorido. En el punto más alto del halo menor aparecen a modo de cuernos o de extrañas orejas los arcos tangentes superiores (6) que, dependiendo de la altura a la que se halle el sol, pueden llegar a prolongarse tanto como para abarcar por completo el anillo del halo menor, y entonces se denominan halo circunscrito.

Algunos días el sol no presenta un aspecto discoidal durante el orto y el ocaso, sino el de una columna de fuego. A veces el haz llamado columna de luz llega a verse incluso cuando el sol se encuentra aún por debajo del horizonte y continúa manifestándose después de que el sol se haya puesto hace tiempo. No pocas veces ocurre terminado en punta a ambos lados del sol cuando este ha alcanzado ya, o se encuentra aún, a una buena altura sobre el horizonte. El fenómeno muestra un colorido excepcional cuando el cielo queda cubierto por una capa finísima y casi imperceptible de cirrostratus nebulosus.

¿Cómo se produce este fenómeno? A determinadas temperaturas y condiciones de humedad se forman en la atmósfera agujas de hielo muy delgadas y alargadas que poseen una característica especial: permanecen suspendidas en el aire en horizontal. Sí, cuesta creerlo, tal vez convenza un pequeño experimento que solo consiste en dejar caer un puñado de briznas de paja desde un par de metros de altura y observar como se disponen durante la caída. Será fácil comprobar que llegan al suelo en posición horizontal o, al menos, casi horizontal. Pues bien, eso mismo le ocurre a las agujas de hielo de la atmósfera.

Pero retomemos el aspecto óptico del fenómeno. El sol se refleja en todas las agujas de hielo que quedan por encima o por debajo de él desde la perspectiva del observador. Esto también resulta sencillo de entender si se sostiene un bolígrafo o una aguja de hacer punto en horizontal ante una vela encendida o cualquier otra fuente de luz. El conjunto de todas las agujas de hielo crea la impresión visual de una banda brillante situada por encima y por debajo del disco solar. Es más, se trata del mismo fenómeno que se observa al mirar un disco de música con un ángulo oblicuo. Entonce la luz se refleja en el borde de cada surco y todos los reflejos aislados se concentran para formar toda una sección iridiscente. Para ser correctos, debemos aclarar que existen otras explicaciones pare este fenómeno. Lo que se expone aquí ofrece la ventaja de ser la más intuitiva de todas. Las columnas de luz sobre el disco solar son muy frecuentes. Por debajo del mismo se observan muy rara vez.

En ciertas noches invernales (y dadas unas condiciones meteorológicas determinadas) aparece un niebla muy tenue, casi imperceptible, formada por infinidad de agujas de hielo en caída horizontal que pueden dar lugar a columnas de luz de aspecto realmente fantasmal. Se aprecian muy bien sobre los postes de alumbrado público, pero sobre todo, y ahí estriba su carácter espectral, sobre luces ocultas por casas o árboles, es decir, las que no quedan en absoluto a la vista. La impresión que se obtiene con ello es que todo un ejército de proyectores apunta hacia el cielo nocturno. Esta situación puede ser seguida de chubascos fuertes.

Como se ha dicho, con determinadas condiciones atmosféricas aparecen cristales de hielo que se disponen por el aire en horizontal. Por tanto, cabría esperar que también haya cristales de hielo que adopten otras posiciones "privilegiadas" como la vertical. En efecto, los hay: los prismas de hielo de base hexagonal. Y, como es natural, dan lugar a fenómenos ópticos análogos: en este caso, una banda de luz horizontal de un solo color, casi siempre blanco, a izquierda y derecha del sol, que recibe el nombre de círculo horizontal, (2) en el esquema. El círculo horizontal es mucho menos frecuente que la columna de luz y suele destacar poco. En casos muy excepcionales pueden darse al mismo tiempo el círculo horizontal y la columna de luz. El hecho que de esto suceda tan pocas veces se debe a que los dos tipos de estructura de cristales necesarios para cada fenómeno surgen con unas condiciones atmosféricas muy dispares. Cuando ocurre se ve una cruz luminosa en el cielo.

El reflejo del sol en los cristales de hielo es solo uno de los procesos que da lugar a fenómenos ópticos en la atmósfera. Otro lo constituye la refracción de la luz solar sobre los cristales de hielo. ¿Qué se entiende por refracción? Cuando un rayo de luz incide sobre un cristal su trayectoria se desvía como en un prisma de cristal y, al mismo tiempo, se descompone en todos los colores de su espectro. Los cristales de hielo tuercen unos 22 grados los rayos luminosos.

Imaginemos un observador que mira hacia el sol. Además de la luz que procede directamente del sol, sus ojos reciben también la luz que los cristales de hielo en suspensión han refractado 22 grados por encima y 22 grado por debajo del astro. Para nuestro observador , el cielo parece brillar también en esos dos lugares adicionales. ¿Solo en ellos? ¡En absoluto! Desde luego percibe esos fenómenos luminosos 22 grados a derecha e izquierda del sol. Pero aún hay más: también parecen brillar todos los puntos del cielo que, observadas desde su posición, distan 22 grados del sol. Como es sabido el conjunto de todos los puntos (en matemáticas esa unión se denomina lugar geométrico) que mantienen la misma distancia con un punto fijo, forma una circunferencia. Por tanto, nuestros puntos de luz dan lugar en su conjunto a un círculo cuyo centro radica en el sol y que recibe el nombre de halo menor (4) en el esquema.

Aunque el halo menor se ve con mucha frecuencia, apenas hay casos en los que pueda observarse el círculo completo; la mayoría de las veces solo se ven secciones de arco de mayor o menor tamaño. (Por cierto mucho cuidado al observarlo: siempre hay que tapar el sol para evitar posibles daños a la vista).

Al mirar con atención se aprecia que el anillo del halo es cromático. El borde interior es rojizo y el exterior se muestra blanquiazul. ¿A qué se debe esta coloración? Ya hemos comentado que la refracción no solo causa una desviación sino que, al mismo tiempo, el rayo de luz se descompone en sus colores espectrales. El fenómeno se puede imaginar de manera gráfica en el cielo como sigue: la trayectoria inicial de la parte azul de la luz solar experimenta una desviación algo mayor que 22 grados y el curso de la banda roja se desvía algo menos de 22 grados. De ese modo surgen a la vez un anillo rojizo con un radio algo inferior a 22 grados y un anillo azulado con un radio algo mayor que 22 grados. Mientras que el borde rojizo es bastante nítido el borde azul se muestra deshilachado, desdibujado, borroso, es decir, la claridad de las regiones externas disminuye de forma progresiva. El halo menor aparece con frecuencia flanqueado a izquierda y derecha del sol (es decir a la altura en la que atraviesa el círculo horizontal) por dos manchas de luz vistosas y apuntadas hacia fuera a modo de banderines. Dependiendo de la densidad y la distribución de la nubosidad, a menudo se divisa solo una de ellas. Pueden exhibir unos colores extraordinarios y reciben el nombre de parhelios (5) en el esquema. Por lo común lucen con mucha intensidad, claramente rojos por la parte interior, amarillos y verdes por la región central, y azules o blanquecinos en la zona exterior más borrosa.

Al observarlos con atención se aprecia que los parhelios no siempre se forman a la misma distancia del sol. Cuando el astro se halla muy bajo sobre el horizonte mantienen con él una separación de 22 grados y, entonces, se sitúan sobre el halo menor. Cuanto más alto se encuentra el sol más separados aparecen los parhelios de él y, por tanto, también del anillo del halo. Cuando el sol se sitúa a 50 grados de altura, la separación del anillo del halo casi llega a 11 grados.

Los parhelios deben su aparición a multitud de laminillas compactas de hielo que pululan por el aire en horizontal. Los parhelios no son muy habituales. En determinadas situaciones meteorológicas se presentan también sin anillo de halo. Esta circunstancia ocurre incluso con bastante frecuencia. Curiosamente en estas ocasiones desarrollan una luminosidad y un colorido excepcionales.

Un fenómeno óptico no demasiado inusual y de gran colorido que suele pasar inadvertido es el arco circuncenital (3) en el esquema. Y apenas se repara en él porque aparece en un lugar del cielo especialmente impracticable para las personas, justo sobre la vertical con el cenit como centro. De ahí su nombre "arco circuncenital". A veces se detecta por su reflejo en una charca o en un estanque. Los observadores experimentado también saben si es muy probable que se forme un arco circuncenital en el cielo a partir de otras señales, como los parhelios. Ambos suelen aparecer a la vez. En cualquier caso, esta aparición conjunta no debe sorprender puesto que las laminillas de hielo suspendidas en el aire en posición horizontal, y que dan lugar a los parhelios, también causan la formación del arco circuncenital. Como deriva de un proceso de refracción, es policromo: rojo por fuera y azul por dentro. El arco circuncenital es un fenómeno frecuente. En teoría nunca llega a verse más de media circunferencia pero en la práctica apenas se divisa más de la cuarta parte.

Cuando el sol se halla muy bajo sobre el horizonte el punto más alto del halo menor exhibe con frecuencia un par de arcos que apuntan hacia fuera a modo de cuernos o afiladas orejas y que reciben el nombre de arcos tangentes superiores (6) en el esquema. Cuanto más alto se encuentra el sol en el cielo, más abajo llegan las "orejas" y más largas se tornan. Cuando el sol se sitúa a 32 grados de altura o más, se convierten en verdaderas "orejas decaídas" de las que parten dos arcos tangentes inferiores desde la parte más baja del halo menor. Por último, cada arco tangente superior se une al inferior de manera que a derecha e izquierda del halo menor se forman dos fenómenos luminosos ovales completos. Entonces se habla de halo circunscrito. Este ciñe más al halo menor cuanto más alto luce el sol en el cielo.

Los arcos tangentes y los halos circunscritos son policromos: en la parte interior aparecen rojizos y hacia el exterior adoptan tonos entre blanquecinos y azulados. En el lugar donde se cruzan los arcos tangentes superiores aparece, en ocasiones, un fulgor blanco abarquillado con una limitación superior semicircular. Estos fenómenos deben su aparición a la refracción de la luz del sol en pequeñas columnas de hielo dispuestas en horizontal por el aire.