halos de rayons inhabituels à foison - odd radius galore

halos de rayons inhabituels à foison - odd radius galore

Les manifestations de halos de rayons inhabituels sont généralement considérés comme très rares. Selon les sources, les estimations varient de moins d'un cas par an jusqu'à environ une dizaine de cas par an. En fait, mes statistiques et comptages semblent montrer que c'est avant tout l'expérience de l'observateur et sa patience qui déterminent le nombre de cas. Par exemple, je n'ai observé aucun halos de rayon inhabituels en 2010 et 2011 alors que je commençais tout juste à observer les halos, j'ai pu voir 4 cas en 2012 et 8 cas en 2013.

Avec un observateur infatigable comme la halocam, je pensais biensur augmenter ces valeurs, et les résultats obtenus dépassent largement mes estimations les plus optimistes. Ainsi, entre janvier et septembre 2014, la halocam a détecté 45 cas de halos de rayons inhabituels, soit plus d'un par semaine en moyenne. Le mois de septembre a été particulièrement riche avec pas moins de 11 jours avec des halos de rayons inhabituels. C'est cette abondance qui m'a décidé à partager ces chiffres.

Dans la majorité des nombreux cas enregistrés par la halocam, les halos de rayons inhabituels n'étaient pas visibles à l'oeil et seul le compositage sur environ une dizaine de minutes permet de révéler les halos de rayon inhabituels.

Ces multiples observations ont renforcé mon observation que les cirrus en cours de sublimation sont à l'origine de la plupart des cas. Ceux-ci sont généralement les tout premiers cirrus à l'avant d'un banc plus dense. Les halos peu définis qui sont alors présent ont souvent des bonnes chances de contenir des halos de rayons inhabituels. Mon conseil pour les observateur est donc de photographier et de compositer le tout début des manifestations de halos, lorsque les halos sont peu visibles et peu définis pour avoir le maximum de chance d'attraper des halos de rayons inhabituels. 

Odd radius halo displays are generally considered as very rare. According to different sources, the estimated occurences vary from less than one case per year up to about a ten of cases per year. Indeed, my own statistics and counting seems to show than it is the experience and the patience of the observer which determine the number of cases. For instance, I did not get a single case in 2010 and 2011 while I was just beginning to observe halos, while I got 4 cases in 2012 and 8 cases in 2013.

With a relentless observer like the halocamera, I thought of course that the figures would get higher, and the results are above my most optimistic expectations. Indeed, between January and September 2014, the halocam recorded 45 cases of odd radius halos, which is more than one case per week on average. September has been especially rich with 11 days with odd radius. This abundancy made me sharing those figures.

In most of the numerous cases recorded by the halocamera, odd radius halos were not visible to the eye and only stacking pictures taken during about ten minutes allows revealing odd radius halos.

These multiple observations have strengthen my observation that sublimating cirrus are at the origin of most of the cases. These sublimating cirrus are generally the very first ones at the front of denser cirrus. The poorly defined halos that are present have generally a good chance of containing odd radius halos. My advice for the observers is therefore to photograph and stack the very beginning of halos displays when halos are poorly visible and poorly defined in order to have the maximum chances to get odd radius halos.

Mieux qu'un long discours, j'ai sélectionné pour chaque jour avec des halos de rayons inhabituels de l'année une seule image. Certains jours ont révélé plus des formes de halos de rayons inhabituelles que ce qui est visible sur l'image. Les images pour les meilleures manifestations sont en couleur.

Better than a long text, I have selected for each day with odd radius a single image. Some days have shown much more odd radius forms than what is on the image. The images for the best displays are shown in color.

18/01/2014: arcs tangents à 24° et 35°. 24° and 35° column arcs
26/01/2014: halos à 9° et 35°. 9° and 35° halos

01/02/2014: halo solitaire à 9° avec halos à 22° et 46°. solitary 9° odd radius with 22° and 46° halos
24/02/2014

02/03/2014

03/07/2014: arc à 23°. 23° upper plate arc

19/03/2014: halo à 9° brillant et halo à 24°. Bright 9° halo and 35° halo

20/03/2014: combo de halos à 18°, 23° et 35° issus de cristaux n'ayant que des faces pyramidales. 18°, 23° and 35° halos combo from crystals having only pyramidal faces.

31/03/2014: faible halo à 9°. weak 9° halo

01/04/2014

07/04/2014
12/04/2014: halo à 9° brillant. bright 9° halo

20/04/2014: halos/arcs à 23° solitaires. solitary 23° halo/plate arcs

04/05/2014: halo exotique à 13°. Exotic 13° halo

05/05/2014: halos multiples. multiple halos
02/06/2014

03/06/2014
05/06/2014: arc tangent à 24° et halo à 35°. 24° column arc and 35° halo

09/06/2014: combo 18°-23°-35°. 18°-23°-35° combo
12/06/2014: combo 18°-23°-35°. 18°-23°-35° combo

13/06/2014: halos/arcs à 23° solitaires. solitary 23° halo/plate arcs
16/06/2014: combo 18°-23°-35°. 18°-23°-35° combo

19/06/2014: combo 18°-23°-35°. 18°-23°-35° combo
02/07/2014: arc à 23° solitaire. solitary upper 23° plate arc

04/07/2014: halo à 24°. 24° halo
05/07/2014: arc à 23° solitaire. solitary upper 23° plate arc

17/07/2014
18/07/2014: halo à 24° avec halos à 22° et 46°. 24° halo with 22° and 46° halos

31/07/2014: arc à 23° solitaire. solitary upper 23° plate arc
03/08/2014: halos à 9° et 24° brillants. bright 9° and 24° halos

09/08/2014: halo à 9°. 9° halo
13/08/2014: partie supérieure d'un halo à 23° solitaire solitary top bright 23° halo

24/08/2014: combo 18°-23°-35°. 18°-23°-35° combo
29/08/2014

06/09/2014: faibles halos de rayons inhabituels. weak odd radius halos
08/09/2014: faible arc à 23° solitaire. weak solitary 23° plate arc

16/09/2014: faibles halos de rayon inhabituels. weak odd radius halos
17/09/2014: cas d'école d'arc à 23°. school case upper 23° plate arc

19/09/2014: halo à 18° brillant. bright 18° halo
23/09/2014: faible combo 18°-23°-35°. weak 18°-23°-35° combo

25/09/2014
26/09/2014

27/09/2014: faibles halos, probablement 18° et 35°. weak halos, probably 18° and 35°
28/09/2014: arcs de cristaux plats à 18° et 23°. 18° and 23° plate arcs

29/09/2014: arcs tangents à 9° et 24°. 9° and 24° column arcs

les arcs en ciels d'ordre supérieurs - high order rainbows

les arcs en ciels d'ordres supérieurs - high order rainbows

Le 11 mai 2014, alors qu'une averse orageuse assez violente était en train de passer au dessus de Paris, la lueur d'ordre zéro est devenue particulièrement visible. J'ai donc tenté de photographier les arcs en ciel d'ordre 3 et 4. Les conditions étaient bonnes mais loin d'être optimales car le fond du ciel était un ciel bleu brillant ce qui atténue le contraste et rend l'observation plus délicate.

On May 11th 2014, while a quite violent thunderstorm shower was passing over Paris, zero order glow was nicely visible. Therefore I tried to catch 3rd and 4th order rainbows. The conditions were good but far from optimal as the background was bright blue sky which decreases the contrasts and makes high order bows observation more difficult.

Petite animation de l'averse

Short timelapse of the shower

J'ai donc composité 26 images pour augmenter le rapport signal sur bruit et compenser la diminution du contraste due au fond de ciel bleu. Le compositage a été réalisée sous le logiciel Iris avec la méthode kappa-sigma de manière à ce que les nombreuses gouttes individuelles proches qui sont bien visibles sur l'animation ne soient pas prises en compte dans le compositage.

I stacked 26 images in order to improve the signal to noise ratio and compensate for the decreased contrast because of the blue sky background. The stacking was made using Iris software with kappa sigma method so that the numerous individual raindrops in the foreground are not taken into account in the stack.

L'image compositée brute

Raw stacked image

Et effectivement, un peu de traitement permet de révéler assez facilement l'arc en ciel d'ordre 3! Un simple ajustement des courbes et de la saturation ou bien un masque flou permet de révéler l'arc en ciel d'ordre 3.

And indeed, some processing reveals quite easily third order rainbow! A simple curve and saturation adjustment or unsharp masking reveals third order rainbow.

Traitement par ajustement des courbes et de la saturation

Processing with curve and saturation adjustments

Traitement par masque flou

Processing with unsharp masking

Un traitement plus sophistiqué comme la soustraction de fond permet de réveler faiblement l'arc en ciel d'ordre 4 en plus.

A more sophisticated processing like background subtraction weakly reveals 4th order rainbow.

Le traitement par soustraction de fond révèle mieux les arcs en ciel d'ordre 3 et 4

Processing with background subtraction reveals better 3rd and 4th order rainbows

Le mélange de l'image compositée brute avec l'image par soustraction de fond montre l'arc en ciel d'ordre 3 comme il pourrait peut-être être observé visuellement dans des conditions optimales.

The mixing of raw stacked image with the image processed with background subtraction shows 3rd order rainbow like it could maybe be observed visually in optimal conditions.

Mélande de l'image traitée par soustraction de fond avec l'image compositée brute

Mix of the image processed with background subtraction with the raw stacked image

Cette observation montre que même lorsque les conditions ne sont pas optimales, il est possible de photographier les arcs en ciel d'ordre 3 et 4 à condition de compositer les images. On peut alors se demander combien d'ordres d'arcs en ciel pourraient être révélés ainsi. Pour tenter de répondre à cette question, j'ai effectué une simulation de la lumière dans une goutte d'eau avec le logiciel zemax. On distingue la lueur d'ordre 0 dans la partie supérieure ainsi que les arcs en ciel d'ordre 1 et 2 dans la partie inférieure. On peut faiblement remarquer l'arc en ciel d'ordre 3 sans aucun traitement.

This observation shows that even when conditions are not optimal, it is possible to photograph 3rd and 4th order rainbows by stacking images. We can then wonder how many more rainbow orders could be revealed this way. In order to try to answer this question, I made a simulation of light in a water drop with zemax software. Zero order glow is visible in the upper part of the image, and the usual 1st and 2nd order rainbow in the bottom part. 3rd order rainbow is also weakly visible without processing.

Simulation avec le logiciel zemax de la lumière dans une goutte d'eau. La simulation est une image 16 bit avec un excellent rapport signal sur bruit. Téléchargez l'image et essayez de voir combien d'ordres d'arc en ciel vous pouvez mettre en évidence !

Simulation with zemax software of light in a rain drop. The simulation is a 16bit image with high signal to noise ratio. Download it and try to see how many rainbow orders you can dig out of it!

Il semble ainsi possible de photographier assez facilement les arcs en ciels d'ordre 5 et 6. Les arcs en ciel d'ordre 9 et 11 pourraient aussi être phographiés en compositant de nombreuses images (plusieurs centaines?). L'arc en ciel d'ordre 7 semble très difficile car encore situé dans l'ordre zéro et très faible. Les arcs en ciel d'ordre 8 et 12 étant situés entre le soleil et l'arc en ciel d'ordre 3, ils ne seront jamais photographiés. L'arc en ciel d'ordre 10 étant situé presque parfaitement dans la direction antisolaire, il semble très peu probable de le photographier avec de la pluie. Cependant, pourquoi ne pas essayer de le photographier sous une cascade! 

It seems possible to catch quite easily 5th and 6th order rainbows. 9th and 11th order rainbows could also be caught by stacking a lot of images (several hundreds?). 7th order rainbow seems very difficult as it is still located in the zero order glow and is very weak. 8th and 12th order rainbows being located between the sun and the 3rd order rainbow, they will never be observed. 10th order rainbow being located almost perfectly in the antisolar direction, it seems very unlikely to photograph it with rain. However, why not try to catch it in a waterfall!

Un exemple de traitement de l'image précédente, avec beaucoup d'ordres d'arcs en ciel supplémentaires à photographier! Les chiffres sur les cotés représentent les ordres d'arc en ciel.

An example of image processing of the previous image with many additionnal rainbow orders to photograph! The figures on the sides show the rainbow orders.