Aurora - Tanzende Lichter am Himmel

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Aurora - Tanzende Lichter am Himmel

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Veröffentlicht von Stefanie Schlosser in Natur · 16 Dezember 2021
Tags: auroranordlichterpolarlichter
Seit Jahrhunderten haben Polarlichter als Inspiration für Mythen und Erzählungen gedient. Heute kann die Wissenschaft erklären, was die tanzenden Lichter am Himmel verursacht, auch wenn noch nicht alle Fragen beantwortet sind.

Aurora borealis ist die korrekte Bezeichnung für das Phänomen der Nordlichter. Es gibt jedoch auch ein komplementäres Spektakel auf der Südhalbkugel, das als Südlicht oder Aurora australis, bezeichnet wird. Da Polarlichter am häufigsten im Bereich zwischen 70° und 80° geografischer Breite zu sehen sind, treten die Südlichter meist über dem antarktischen Kontinent und über dem offenen Ozean auf und sind daher weniger bekannt und werden weniger beobachtet als ihre nördlichen Pendants.
 
Doch wie entstehen Polarlichter überhaupt?

Obwohl die Sonne etwa 150 Millionen Kilometer entfernt ist, erreichen die von ihrer Oberfläche ausgesandten geladenen Teilchen die Erdatmosphäre. Das Magnetfeld der Erde lenkt diese Teilchen jedoch ab, so dass sie nur an den schwächsten Stellen des Feldes in die Atmosphäre eindringen können. Diese Schwachstellen befinden sich um die Magnetpole herum, welche in der Nähe der geografischen Pole der Erde lokalisiert sind.
 
Nach dem Eintritt in die Erdatmosphäre stoßen die geladenen Teilchen mit den Atomen und Molekülen der Luft zusammen. Dabei werden die Elektronen in den Atomen in einen angeregten Zustand mit höherer Energie versetzt. Wenn sie dann wieder in ihren Grundzustand "zurückfallen", geben sie die überschüssige Energie in Form von Photonen, welche für uns als Licht sichtbar sind, ab.

Die Wellenlänge des ausgestrahlten Lichts und damit die Farbe, die wir am Himmel sehen, hängt von dem chemischen Element ab, in dem dieser Prozess stattfindet. Sauerstoff strahlt grünes Licht aus, während Stickstoff rotes und blaues Licht verursacht. Jeder der weiß, dass Sauerstoff (O2) nur etwa 21% der Luft ausmacht, während Stickstoff (N2) 78 % ausmacht, wird sich nun wahrscheinlich fragen: Warum sind die meisten Polarlichter grün???
 
In der Tat besteht die Atmosphäre aus mehreren Schichten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen. Polarlichter entstehen in etwa 100-250 km über der Erdoberfläche, in der sogenannten Thermosphäre. Dort macht atomarer Sauerstoff (O) einen großen Teil der vorherrschenden Komponenten aus. Deshalb sind die meisten Polarlichter grün. In Zeiten hoher Sonnenaktivität können die geladenen Teilchen der Sonne in noch tiefere Schichten der Atmosphäre eindringen, wo der Anteil an Stickstoff höher ist. Dann können wir rote und blaue Lichter sehen. Andere seltene Farben hängen von anderen Elementen und Umständen ab.


Abb1: Polarlichter in der Arktis (Arctic light - Frank Olsen; CC BY-SA 3.0)

Polarlichter können sehr unterschiedliche Formen annehmen, die stark von den Magnetfeldlinien der Erde beeinflusst werden.  Von „Vorhängen“ über Streifen und Bögen bis hin zu Spiralen sind der Vielfalt nahezu keine Grenzen gesetzt.


Abb2: Polarlichter in Nunavut (Aurora in Nunavut S. Qollaku; CC BY 2.0)

Die Aktivität der Sonne unterliegt ständigen Schwankungen, und von Zeit zu Zeit kommt es zu so genannten Sonnenstürmen. Während dieser Perioden extrem hoher Sonnenaktivität können Polarlichter weit südlicher als an ihren üblichen Breiten beobachtet werden. Für Ende Oktober 2021 kündigten die schwedischen Nachrichtensender besonders hohe Chancen an, in ganz Schweden Nordlichter zu sehen. Leider war der Himmel in dem Teil von Sörmland, in dem ich mich befinde, komplett mit Wolken bedeckt. Wer Aurora borealis so weit südlich wie in Sörmland sehen will, muss seinen Blick auf den nördlichen Horizont richten, da sich die Lichter nicht, wie in höheren Breitengraden, über den gesamten Himmel erstrecken.

Zusammenfassung: Die von der Sonne ausgesandten geladenen Teilchen erreichen die Erde und treten an den Stellen mit der geringsten Magnetfeldaktivität in die Atmosphäre ein. Durch die Energie dieser Teilchen werden die Elektronen in den Luftmolekülen in höhere Energiezustände angeregt. Wenn sie in ihren Grundzustand zurückfallen, senden sie Photonen aus, die wir als farbenfrohe Polarlichter am Himmel sehen können.


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