Polarlicht

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Polarlichtbänder

grünes Polarlicht

mehrfarbiges Polarlicht

Polarlicht, das durch eine Nuklearwaffenexplosion (Starfish Prime) hervorgerufen wurde

Das Polarlicht (auch Aurora borealis = Nordlicht bzw. Aurora australis = Südlicht) ist eine Leuchterscheinung (genauer ein Elektrometeor), die beim Auftreffen geladener Teilchen des Sonnenwinds auf die Erdatmosphäre an den Polen der Erde hervorgerufen wird. Polarlichter sind meistens nördlich 60° nördlicher Breite bzw. südlich 60° südlicher Breite zu beobachten

[Bearbeiten] Entstehung

Polarlichter entstehen, wenn elektrisch geladene Teilchen von der Magnetosphäre, hauptsächlich Elektronen, aber auch Protonen und einige schwere Ionen (Sauerstoff-Ionen) auf die oberen Schichten der Erdatmosphäre treffen. Dort regen sie die vorhandenen Luftmoleküle zum Leuchten an. Der Aufprall eines Teilchens bewirkt bei dem Molekül/Atom eine Anregung entsprechend einer geänderten Elektronenkonfiguration. Bei der nach kurzer Zeit wieder erfolgenden Abregung wird Licht ausgesandt, allgemein als Fluoreszenz bezeichnet. Auch Kernwaffentests in hohen Atmosphären-Schichten (400 km) rufen solche Phänomene hervor, wie z. B. der Starfish Prime-Test der USA am 9. Juli 1962.

Polarlichter treten hauptsächlich in den Polarregionen auf, denn die Sonnenwindteilchen, ein elektrisch geladenes Plasma mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von ca. 500-833 km/s (bis zu 3.000.000 km/h) und einer Dichte von ca. 5 × 10⁶ Teilchen pro m³ in Erdnähe, werden vom Magnetfeld der Erde entlang der Magnetfeldlinien zu den geomagnetischen Polen gelenkt. Dort verläuft das Magnetfeld senkrecht zur Erdoberfläche, und die Teilchen können in die Atmosphäre eintreten. Das Plasma benötigt bis zum Eintreffen rund 2 bis 4 Tage bei einem Erde-Sonnenabstand von rund 150 Millionen Kilometer.

Polarlichter kommen sowohl in nördlichen Breiten vor (Nordlichter, auch Aurora borealis) als auch auf der Südhalbkugel (Südlichter, auch Aurora australis). Auch auf anderen Planeten des Sonnensystems werden diese Erscheinungen beobachtet. Voraussetzung hierfür ist, dass der Planet ein eigenes Magnetfeld besitzt.

Auch wenn es in manchen Ländern Bauernregeln zur Wettervorhersage gibt, in denen Polarlichter vorkommen, haben Polarlichter mit dem Wetter nichts zu tun. Sie entstehen in Höhen ab 60 km, weit oberhalb der Troposphäre, der Schicht, in der das Wettergeschehen stattfindet, welche nur bis etwa 15 km Höhe reicht.

[Bearbeiten] Häufigkeit

Polarlicht aus dem All aufgenommen

Die Häufigkeit und die Helligkeit der Polarlichter hängt von der Stärke des Sonnenwindes ab, der sich wiederum nach der Sonnenaktivität richtet. Da die Sonne einen elfjährigen Aktivitätszyklus (Sonnenfleckenzyklus) hat, schwankt auch die Häufigkeit von Polarlichtern in diesem Rhythmus. Insbesondere während des Aktivitätsmaximums, also bei besonders starkem Sonnenwind, treten Polarlichter auch in gemäßigten Breiten wie z. B. in Mitteleuropa auf. Im Herbst 2003 waren nachweislich Polarlichter bis nach Norditalien zu sehen.

In Deutschland können dann etwa 10–15 dieser Leuchterscheinungen pro Jahr beobachtet werden, im Allgemeinen am Nordhimmel, nur bei besonders starkem Sonnenwind können sie auch in südlicher Richtung auftreten. Durch Sonnenbeobachtung können Polarlichter kurzfristig vorhergesagt werden. Da der Sonnenwind 2–4 Tage von der Sonne bis zur Erde benötigt, ist also in diesem Zeitabstand nach Eruptionen auf der Sonne mit Polarlichtern zu rechnen. Polarlichter treten hauptsächlich im Herbst/frühen Winter, von Ende Oktober bis Mitte Dezember auf, sowie im späten Winter/Frühjahr, von Ende Februar bis Anfang April, da hier das Magnetfeld von Erde und Sonne parallel zueinander stehen. Daraus ergibt es sich, dass Polarlichter auf besonders südlichen Breiten wie Deutschland oder Italien meist nur zu diesen Jahreszeiten und während des Aktivitätsmaximums der Sonne beobachtet werden können. Nördlich des Polarkreises können hingegen fast ganzjährig Polarlichter unterschiedlicher Intensität beobachtet werden.

[Bearbeiten] Farben

Polarlichter auf dem Saturn

Polarlichter können verschiedene Farben haben. Grünes Licht entsteht durch Sauerstoffatome, die in gut 100 km Höhe angeregt werden, rotes Licht von Sauerstoffatomen in etwa 200 km Höhe. Angeregte Stickstoffatome senden violettes bis blaues Licht aus. Zur Anregung von Stickstoffatomen sind jedoch sehr hohe Energien notwendig und so lassen sich diese Farben nur bei starken Sonnenwinden beobachten.

Da der Sonnenwind außerhalb der Polarregionen nur selten tief in die Atmosphäre eindringen kann, sind Polarlichter in der gemäßigten Zone, also auch in Europa, meistens rot.

[Bearbeiten] Historisches

Die frühesten Berichte über Polarlichter sind über 2000 Jahre alt. Verschiedene Kulturen im Norden Amerikas, Europas und Asiens sahen in ihnen Aktivitäten von Göttern und Geistern, sowohl in Form von Kämpfen oder Tänzen, aber auch als Mitteilungen an die Menschen. Besonders im Mittelalter galten in Europa Polarlichter, ähnlich wie Kometen, als Vorboten kommenden Unheils (z. B. Kriege, Seuchen, Hungersnöte). Die in den Breiten Mitteleuropas meistens (blut-)rote Farbe könnte zu dieser Ansicht beigetragen haben.

Die Wikinger sahen in den Polarlichtern das Zeichen, dass irgendwo auf der Welt eine große Schlacht geschlagen worden war. Nach ihrer Vorstellung ritten die Walküren nach jedem Gefecht über den Himmel und wählten die Helden aus, die fortan an Odins Tafel speisen sollten. Dabei spiegelte sich das Licht des Mondes auf ihren schimmernden Rüstungen und das Nordlicht entstand.

Im 18. Jahrhundert wurden dann die ersten Versuche unternommen, die Entstehung von Polarlichtern wissenschaftlich zu erklären. Die Forscher gingen zunächst davon aus, dass es sich bei den Polarlichtern um Reflexionen von Sonnenlicht an Wolken oder Eiskristallen handle. Erst einige Zeit später erkannte der englische Astronom und Mathematiker Edmond Halley – wahrscheinlich als erster – den Zusammenhang zwischen Erdmagnetfeld und Polarlichtern. Das Leuchten konnte er aber nicht erklären. Dieses gelang erst 1867 dem schwedische Astronom und Physiker Anders Jonas Ångström, der zeigen konnte, dass es sich bei den Polarlichtern um selbst leuchtendes Gas handelt. Eine Theorie für die Ursache des Leuchtens stellte der norwegische Physiker Kristian Birkeland 1896 auf: Er ging davon aus, dass Elektronen von der Sonne das Gas der oberen Atmosphäre zum Leuchten anregen. Da die Existenz des Sonnenwindes zu dieser Zeit aber noch nicht bekannt war – er wurde erst 1959 durch die sowjetische Sonde Lunik 1 nachgewiesen –, wurde seine Theorie jedoch häufig bezweifelt. Der genaue Ablauf der Polarlichtentstehung ist jedoch bis heute nicht vollständig geklärt.^[1]

[Bearbeiten] Besonderheiten

Funkwellen werden während des Auftretens von Polarlichtern an den ionisierten Bereichen der Atmosphäre reflektiert. Funkamateure nutzen diesen Effekt im Amateurfunkdienst, um die Reichweite ihrer Signale zu erhöhen. Da aber die reflektierten Signale stark verbrummt sind und generell den Funkverkehr stören, werden die Verbindungen oft in der Betriebsart Morsetelegrafie (CW, A1A) aufgebaut.

Die energiereichen, elektrisch geladenen Teilchen des Sonnenwindes, die für die Entstehung des Polarlichts verantwortlich sind, können aber auch schädigende Auswirkungen auf elektrische Geräte haben. Die Elektronik der Satelliten kann beeinträchtigt werden oder sogar komplett ausfallen. Und in Stromnetzen kann es auf Grund von Induktionen zu Spannungsschwankungen kommen. So ist z. B. der Stromausfall in Kanada im Jahre 1989 auf einen starken Sonnenwind zurückzuführen. Zur Sicherheit werden daher zu Zeiten erhöhter Polarlichtaktivität im Flugverkehr die Kurse von Flugzeugen weiter zum Äquator oder in geringerer Höhe geflogen.

In Science Fiction Romanen finden sich Polarlichter hin und wieder als Auslöser von übernatürlichen Ereignissen; so etwa in Langoliers von Stephen King.