Polarlicht

Polarlichter über der Winterlandschaft von Manitoba in Kanada

Polarregionen

Polarlicht

Seit jeher haben Lichtspiele am Himmel die Menschen fasziniert und auch erschreckt. Polarlichter, die geisterhaften Leuchterscheinungen am nächtlichen Himmel, sind schon seit der Antike bestens bekannt.
Früher galten sie bei den Menschen als mystischer Zauber, als Vorboten für drohendes Unheil. Heute weiß man, dass diese kosmische Erscheinung durch ein spannendes Wechselspiel zwischen Sonne und Erde entsteht.

Der Ursprung

Ruhig und romantisch wirkt der rote Glutball, wenn er langsam über dem Meer versinkt. Es lässt sich kaum erahnen, welche komplexen physikalischen Vorgänge sich auf der Sonne abspielen. Von der Sonne werden neben Licht und Wärmestrahlung ständig riesige Materiemengen abgedampft oder durch Eruptionen ins All geschleudert. Wissenschaftlern sprechen vom sogenannten Sonnenwind.

Dieser Sonnenwind besteht vor allem aus Protonen und Elektronen und erreicht in einem Intervall von etwa ein bis drei Tagen die Erde. Er würde das Leben auf der Erde unmöglich machen, wenn wir nicht von der Atmosphäre und besonders durch das Erdmagnetfeld vor dem Teilchenbombardement und vor der Strahlung geschützt würden.

In der Hülle der Sonne kommt es immer wieder zu heftigen Eruptionen, besonders zu Zeiten höchster Sonnenaktivität. Der Sonnenwind verwandelt sich bei solchen Ausbrüchen in einen regelrechten Sturm. Einige Milliarden Tonnen heißen Gases entweichen.

Die Sonnenwindgeschwindigkeit kann stark variieren: Während der normale Sonnenwind etwa 300 Kilometer pro Sekunde schnell ist, saust eine solche Orkanböe wesentlich rasanter durchs All. So können die Teilchen schon nach 24 Stunden in Form einer Schockwelle die Erde erreichen.

Faszinierende Polarlichter deuten auf einen Sonnensturm hin, der durch eine größere Sonnenwindgeschwindigkeit als 300 Kilometer pro Sekunde charakterisiert ist. Er kann sogar 700 Kilometer pro Sekunde schnell werden.

Bei starken Sonnenstürmen wurden auch größere Geschwindigkeiten gemessen, wie zum Beispiel 2000 Kilometer pro Sekunde während des Sturms im Oktober 2003.

Sonnenuntergang über dem Meer

Die friedliche Idylle täuscht: die Sonne ist weitaus aktiver als sie erscheint

Das Magnetfeld der Erde

Der Druck des Sonnenwindes ist so stark, dass er das Magnetfeld unserer Erde verformt. Auf der Tagseite der Erde wird es zusammengestaucht. Auf der Nachtseite ragt es dafür mehrere Millionen Kilometer in den Weltraum.

Nähert sich der Sonnenwind dem Magnetfeld, wird er allmählich von diesem abgelenkt und strömt um die Erde herum. Dabei werden geladene Teilchen des Sonnenwindes eingefangen.

Wie in einem riesigen Stromgenerator wird an der Grenzschicht zwischen Erdmagnetbereich und Sonnenwind die Bewegungsenergie der vorbeistreichenden Teilchen in elektrische Energie umgewandelt.

Die elektrische Spannung entsteht dadurch, dass im magnetischen Kraftfeld der Erde die geladenen Teilchen des Sonnenwindes – die positiven Protonen und die negativen Elektronen – getrennt werden. Dadurch baut sich über der Erde eine gewaltige elektrische Spannung auf.

Die Illustration stellt schematisch das Magnetfeld der Erde dar.

Das Magnetfeld der Erde

Eine Entladung dieser Spannung geschieht zum Teil dadurch, dass ein Strom von Elektronen in Spiralen entlang der Feldlinien auf die Erde zuströmt und zwar dorthin, wo die Feldlinien ein- und austreten. Die riesigen Mündungstrichter für die Magnetfeldlinien sind die Polarregionen.

Etwa 150 Kilometer von der Erde entfernt stoßen die Elektronen des Sonnenwindes auf Moleküle der Atmosphäre. Dabei kommt es zu einem lebhaften Energieaustausch. Die Moleküle werden elektrisch und energetisch geladen und so zum Leuchten angeregt.

Ein Resultat daraus sind die Polarlichter an Nord- und Südpol. Bei Sonnenstürmen beschränkt sich dieses Phänomen nicht nur auf die Polarregionen, so dass auch wir die Polarlichter am nördlichen Nachthimmel beobachten können.

Die Farbe

Die üblichen Farben des Polarlichts sind rot, grün und blau. Daraus entstehen dann Mischfarben wie violett, weiß und manchmal auch gelb. Welche Farben entstehen, hängt von den unterschiedlichen Bestandteilen der Atmosphäre ab und auch von der Höhe, in der sich das Schauspiel ereignet.

Grüne Polarlichter werden üblicherweise durch Sauerstoff in einer Höhe von circa 80 bis 150 Kilometern hervorgerufen. In einer Höhe zwischen 150 bis 600 Kilometern entstehen durch Stickstoffatome rote und blaue Farben.

Polarlicht am Gullfoss Wasserfall (Island)

Sauerstoffatome lassen das Polarlicht grün erscheinen

Einflüsse

Diese farbenprächtigen Spektakel können sich auch negativ auswirken, zum Beispiel auf die Funktion von Forschungs- und Kommunikationssatelliten. Starke Spannungsfelder verfälschen Messdaten oder Signale zur Erde. In der Alaska-Pipeline wurden durch die Wirkung des Polarlichts schon elektrische Ströme von einigen tausend Ampere gemessen.

Radio, Funk und Satellitennavigation werden gestört. Oder es fallen sogar ganze Stromnetze aus, wie 1989 während eines Sonnenfleckenmaximums. Damals brannte in Kanada eine zentrale Trafostation durch und in einer Kettenreaktion kam es im ganzen Nordosten zu einem Blackout – die Einwohner hatten für Stunden oder sogar Tage keinen Strom.

Strommasten

Die starken Spannungsfelder können Stromleitungen gefährden

Vorkommen der Polarlichter

Der Name sagt es schon: Polarlichter sind besonders an die Polargebiete gebunden. Sie treten meist in einem Gürtel rund um den magnetischen Pol auf. Entsprechend werden die Polarlichter dann auch als "Nordlicht" oder "Südlicht" bezeichnet.

Die Nordlichtzone verläuft über Nordskandinavien, Island, die Südspitze Grönlands, das nördliche Kanada, Alaska und die Nordküste Sibiriens. In der Antarktis und den Meeresbereichen ringsum leuchtet das Polarlicht als "Südlicht".

In den Polregionen kann man fast in jeder klaren Nacht Polarlichter sehen. Die beste Zeit ist zwischen Anfang September bis Mitte April. Im Sommer sind die bunten Lichtspiele kaum zu sehen, denn in dieser Zeit ist der Himmel zu hell.

Je weiter die geografische Breite abnimmt, um so seltener wird das himmlische Naturschauspiel. In unseren Breiten sind Polarlichter nur selten zu sehen. Aber bei Sonnenstürmen, also einer maximalen Sonnenaktivität, können wir auch über Deutschland jährlich etwa vier bis acht mal Polarlichter bewundern.

Autorin: Andrea Wengel

Stand: 06.08.2018, 16:00

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