Een bijzon, ook wel parhelion genoemd, is een indrukwekkend optisch verschijnsel in de atmosfeer waarbij heldere lichtvlekken verschijnen aan weerszijden van de zon. Het lijkt alsof er naast de echte zon nog één of twee extra zonnen aan de hemel staan. Dit fenomeen behoort tot de groep van halo-verschijnselen, een verzameling optische effecten die ontstaan door de interactie van zonlicht of maanlicht met ijskristallen in de atmosfeer. Hoewel bijzonnen vroeger vaak als mysterieus of zelfs bovennatuurlijk werden beschouwd, zijn ze tegenwoordig volledig verklaarbaar met de wetten van de natuurkunde en meteorologie.
Een bijzon kan worden herkend als een heldere lichtvlek links en of rechts van de zon, op dezelfde hoogte als de zon en op ongeveer 22 graden afstand. Vaak is er een roodachtige rand aan de binnenzijde en een wittere of blauwachtige buitenzijde. Vaak zijn bijzonnen zichtbaar samen met een halo of in dunne sluierbewolking. Een praktische manier om de hoek te schatten is door de arm uit te strekken en duim en pink te spreiden; de afstand tussen deze vingers komt ongeveer overeen met 20 tot 25 graden.
Eeuwenoud bekend
Het verschijnsel is al eeuwenlang bekend. In historische kronieken worden bijzonnen soms beschreven als drie zonnen aan de hemel, wat mensen vroeger interpreteerden als een teken van goddelijke interventie, onheil of grote veranderingen. Een beroemd historisch voorbeeld is een waarneming tijdens de Slag bij Mortimer’s Cross in 1461, waar soldaten een bijzon zagen en dit als een voorteken beschouwden. Pas vanaf de zeventiende en achttiende eeuw begonnen wetenschappers deze verschijnselen systematisch te bestuderen met behulp van de toen opkomende optica. Mensen vinden bijzonnen vaak bijzonder omdat ze symmetrisch en onverwacht zijn en een visuele illusie van meerdere zonnen creëren. Dit heeft in het verleden geleid tot mythen, religieuze interpretaties en zelfs paniek. Tegenwoordig weten we dat het verschijnsel volledig natuurlijk is en een prachtig voorbeeld vormt van hoe eenvoudige natuurkundige principes spectaculaire visuele effecten kunnen opleveren.
Hoe ontstaat een bijzon?
De verklaring van een bijzon begint bij de fysica van licht. Licht is een vorm van elektromagnetische straling die zich als een golf voortplant en zich kan gedragen als een bundel stralen. Wanneer licht van het ene medium naar het andere gaat, bijvoorbeeld van lucht naar ijs, verandert het van richting. Dit proces heet breking of refractie. Daarnaast kan licht ook worden gereflecteerd en verstrooid. De combinatie van deze processen bepaalt hoe licht door de atmosfeer wordt waargenomen. Een belangrijk bijkomend effect is dispersie: verschillende kleuren licht worden onder iets verschillende hoeken gebroken. Rood licht wordt bijvoorbeeld minder afgebogen dan blauw licht. Hierdoor ontstaan kleurverschillen in optische verschijnselen zoals regenbogen en bijzonnen. Bijzonnen ontstaan specifiek door ijskristallen in de atmosfeer. Deze kristallen vormen zich in hoge, koude wolken, zoals cirrus- en cirrostratuswolken, wanneer waterdamp direct in ijs overgaat. Ijskristallen hebben vaak een zeshoekige (hexagonale) structuur, omdat watermoleculen in ijs een kristalrooster vormen dat leidt tot zeshoekige symmetrie. Deze kristallen kunnen verschillende vormen aannemen, zoals platte plaatjes, kolommen of complexere structuren. Voor het ontstaan van bijzonnen zijn vooral plaatvormige kristallen belangrijk.
Prisma's in de lucht
Een cruciale factor is de oriëntatie van deze kristallen. Wanneer plaatvormige ijskristallen door de lucht vallen, worden ze door de luchtweerstand vaak horizontaal gestabiliseerd, vergelijkbaar met hoe een vallend blad zich oriënteert. Daardoor zweven ze als kleine, horizontale prisma’s in de lucht. Zonlicht dat deze kristallen binnenkomt via een zijvlak en het kristal via een ander zijvlak verlaat, wordt gebroken onder een specifieke hoek. Door de geometrie van het hexagonale prisma en de brekingsindex van ijs ontstaat er een minimale afbuigingshoek van ongeveer 22 graden. Dit betekent dat het licht dat door miljoenen kristallen wordt afgebogen, geconcentreerd wordt op een hoek van 22 graden links en rechts van de zon. Op die plaatsen zien wij de bijzonnen. De hoek van 22 graden is een fundamentele eigenschap van de interactie tussen licht en hexagonale ijskristallen en komt ook terug bij andere halo-verschijnselen, zoals de bekende 22°-halo, een lichtcirkel rondom de zon. De bijzon kan worden gezien als een bijzonder heldere plek op deze cirkel, veroorzaakt door de specifieke oriëntatie van de kristallen. Door dispersie ontstaat een karakteristiek kleurpatroon: de binnenkant van de bijzon, dichter bij de zon, is vaak roodachtig, terwijl de buitenkant witter of lichtblauw kan lijken. De kleuren zijn meestal minder intens dan bij een regenboog, omdat het licht door vele kristallen tegelijk wordt verstrooid en overlapt.
De zon moet laag boven de horizon staan
Bijzonnen kunnen worden waargenomen onder specifieke meteorologische omstandigheden. Er moeten ijskristallen aanwezig zijn, meestal in hoge wolken of in zeer koude lucht dicht bij de grond, waar zogenaamde “diamond dust” kan voorkomen. De zon moet zichtbaar zijn, maar vaak door een dunne wolkensluier, zodat het licht door de kristallen kan gaan zonder volledig te worden geblokkeerd. Daarnaast zijn bijzonnen meestal het duidelijkst wanneer de zon laag boven de horizon staat, bijvoorbeeld bij zonsopgang of zonsondergang. Dit komt doordat de lichtpaden dan gunstiger zijn en de horizontale kristallen het licht efficiënter afbuigen naar de waarnemer. Hoewel bijzonnen vaak als zeldzaam worden ervaren, komen ze in werkelijkheid vrij vaak voor, vooral in koude regio’s en tijdens de winter in gematigde gebieden. Veel mensen merken ze niet op omdat ze vaak subtiel zijn of worden verward met lensflare op foto’s. In poolgebieden en berggebieden zijn bijzonnen veel frequenter, soms zelfs dagelijks zichtbaar. De helderheid en kleurintensiteit van een bijzon hangen af van meerdere factoren, zoals de dichtheid en grootte van de ijskristallen, de helderheid van de zon en de mate van turbulentie in de atmosfeer. Soms kunnen bijzonnen zeer helder zijn en een opvallend symmetrisch beeld vormen, vooral wanneer ze samen optreden met andere halo-verschijnselen zoals een volledige halo-cirkel of een parhelische cirkel, een horizontale lichtlijn door de zon.
Brekingsindex van ijs
Bijzonnen maken deel uit van een bredere familie van halo-verschijnselen die worden bestudeerd binnen de atmosferische optica, een discipline binnen de meteorologie en de natuurkunde. Wetenschappers gebruiken geometrische optica en moderne computersimulaties om te begrijpen hoe licht zich gedraagt in ijskristallen. Laboratoriumexperimenten met lasers en kunstmatige kristallen hebben bevestigd dat de 22-gradenhoek een fundamenteel gevolg is van de kristalstructuur en brekingsindex van ijs. Atmosferische metingen met lidar en radar tonen aan dat plaatvormige kristallen vaak horizontaal georiënteerd zijn en langzaam vallen, wat de natuurlijke omstandigheden voor bijzonnen verklaart. Soms worden meerdere of complexere lichtvlekken waargenomen, zoals zeldzame bijzonnen op andere hoeken of extra bogen. Deze ontstaan door andere kristalvormen, meervoudige reflecties binnen kristallen of bijzondere geometrische configuraties van lichtpaden. Zulke verschijnselen zijn onderwerp van gespecialiseerd onderzoek, omdat ze inzicht geven in de microfysica van wolken en de interactie tussen licht en materie.
