Optyka halo, czyli kryształki lodu na granicy kosmosu
Księżycowe halo to efekt załamania światła w mikroskopijnych kryształkach lodu zawieszonych wysoko w atmosferze. Mechanizm polega na rozszczepieniu i zmianie kierunku promieni, co prowadzi do powstania charakterystycznych łuków. Obserwowane z Ziemi, zjawisko często przybiera formę pełnego pierścienia o promieniu około 22 stopni od tarczy Srebrnego Globu. Perspektywa z ISS, unoszącej się około 370 kilometrów nad planetą, komplikuje ten obraz w fascynujący sposób.
Atmosfera działa jak gigantyczna soczewka, zakrzywiając światło docierające do obiektywu. Astronauta użył teleobiektywu 200 mm, aby uchwycić detale niewidoczne gołym okiem. Na zdjęciu widać jedynie fragment halo, a nie kompletny pierścień. To dlatego, iż warstwa kryształków lodu nie otaczała Księżyca równomiernie z tej konkretnej pozycji obserwacyjnej. Kształt tych kryształów, heksagonalnych płytek lub kolumn, decyduje o finalnym wzorze załamania.
Warstwy atmosfery na zdjęciu. Mezosfera kluczowa dla zjawiska
Na fotografii horyzont układa się w wyraźne, kolorowe pasma. Pomarańczowy blask pochodzi z troposfery, stratosfera ma białawy odcień, a niebieskie tony to mezosfera. To właśnie w mezosferze, na wysokości od 48 do 87 kilometrów, najprawdopodobniej znajdowały się kryształki lodu odpowiedzialne za zaobserwowane halo. Mezosfera to jeden z najbardziej ekstremalnych regionów naszej atmosfery. Temperatury spadają tam nawet do minus 90 stopni Celsjusza, stwarzając idealne warunki dla formowania się drobnego lodu. Para wodna z niższych warstw wznosi się i zamarza na cząsteczkach pyłu, na wysokościach gdzie ciśnienie jest już znikome.
Najnowsze obserwacje satelitarne przynoszą nowe spojrzenie na powstawanie tych wysokich lodowych struktur. Wieloletnie dane wskazują, że najwyższe pokłady lodu rozwijają się w najzimniejszych regionach letnich, nawet około 80 kilometrów nad powierzchnią. To odkrycie koryguje wcześniejsze teorie. Lód, który wywołał halo uchwycone z ISS, nie był zwyczajną chmurą typu cirrostratus. Istniał w strefie, gdzie połączenie skrajnego zimna i specyficznej chemii atmosfery pozwala przetrwać tylko najcieńszym, efemerycznym strukturom – zbyt wysokim dla typowych chmur, ale wciąż będącym częścią naszej atmosfery.
Czytaj też: Nowe badania kwestionują fundamenty kosmologii. Chodzi o zasady funkcjonowania wszechświata
W momencie wykonania zdjęcia Księżyc był w fazie rosnącego sierpa. Mimo to na fotografii jego tarcza wygląda niemal jak w pełni. To zasługa odpowiednich ustawień aparatu: ekspozycji, czasu naświetlania i przysłony, które rozjaśniły cały dysk, uwidoczniając nawet jego nocną stronę. Dłuższy czas otwarcia migawki ujawnił również zjawisko światła popielatego. To słaby blask odbity od dziennej strony Ziemi, który delikatnie oświetla nieoświetloną bezpośrednio przez Słońce część Księżyca. Światło to, przefiltrowane przez ziemską atmosferę podczas długiej ekspozycji, nadaje całej scenie dodatkową, miękką głębię.