Terwijl de kleine kring een straal heeft van 22 booggraden, is de grote kring met een straal van 46 booggraden meer dan twee maal zo groot als de kleine kring. De kleine kring is echter veel helderder en wordt veel vaker gezien dan de grote kring, die slechts enkele dagen van het hele jaar opdaagt. Bovendien is de kans om in onze streken een volledige grote kring rond de zon te zien, zeer klein, met als hoofdreden de zonshoogte en de bewolking die over een groot deel van de hemel dezelfde soort ijskristallen moet vertonen.
De grote kring vindt net zoals alle haloverschijnselen haar oorsprong terug in de ijskristallen van dunne, hoge bewolking. Voorbeelden hiervan zijn cirrus- en cirrostratusbewolking. Wanneer zonlicht het basisvlak van hexagonale zuilvormige ijskristallen binnendringt, wordt dit licht gebroken in alle kleuren van het zichtbare spectrum. Zo zal net zoals bij de bijzonnen de rode kleur van het spectrum het dichtst bij de zon zichtbaar zijn, terwijl het blauwachtige deel het verst af van de zon zichtbaar is. De lichtstraal wordt bij het binnengaan van het ijskristal niet alleen in de kleuren van het zichtbare spectrum gebroken, maar ook van richting verandert,. Dit is een gevolg van de wet van Snellius, die ons vertelt dat licht van richting verandert wanneer het in een ander medium (lucht is het medium van geluid) terechtkomt. In dit geval is het medium dus ijs en wordt de lichtstraal twee maal gebroken: éénmaal bij het binnengaan van het basisvlak en éénmaal bij het buitengaan van een zijvlak van het hexagonaal ijskristal. Dit alles gebeurt volgens volgende formule:
n . sin(A/2) = sin(I)
Waarbij:
- I de invalshoek van het zonlicht op het ijskristal is
- n de refractieindex (bij ijs bedraagt deze 1,309
- A de brekingshoek van het ijskristal (prisma)
Aangezien we weten dat het zonlicht invalt op een basisvlak naar een zijvlak kunnen we zeggen dat A, de brekingshoek van het ijskristal, 90° bedraagt. Hieruit volgt:
1,309 . sin(90/2) = sin(I)
⇕
1,309 . sin(45) = sin(I)
⇕
1,309 . sin(45) = 0,9256027766
⇕
sin(I) = 0,9256027766
⇕
I ≈ 67,8°
De deviatiehoek (hoek tussen het zonlicht dat niet van richting is verandert en tussen het zonlicht dat van richting is verandert en uit het ijskristal uittreedt) vertelt ons op hoeveel graden de grote kring van de zon zal verwijdert staan en kan uit volgende formule berekend worden:
D = - A + 2I
Waarbij:
- D de deviatiehoek
- A de brekingshoek van het prisma
- I de invalshoek van het zonlicht op het ijskristal
Dus geldt:
D = - 90° + 2 . 67,8°
⇕
D ≈ 46°
