Wissenschaft kompakt
Polarlichter - ein beeindruckendes Schauspiel am Himmel
In den letzten beiden Nächten gab es beim Blick in den Himmel
zumindest in Teilen Deutschlands Polarlichter zu entdecken. Das
heutige Thema des Tages soll einen kurzen Einblick in die Entstehung
dieses Phänomens geben.
Polarlichter gibt es sowohl in der Nord- als auch in der
Südhemisphäre, wissenschaftlich werden sie als Aurora Borealis im
Norden bzw. als Aurora Australis im Süden bezeichnet.
Ausgelöst werden diese bunten Leuchterscheinungen am nächtlichen
Himmel durch energiereiche Sonnenwindpartikel (Plasma), die durch
Eruptionen auf der Sonnenoberfläche mit hohen Geschwindigkeiten ins
Weltall geschleudert werden und auf das Erdmagnetfeld treffen. Die
Feldlinien des Erdmagnetfeldes (siehe auch DWD-Lexikon-Eintrag zur
Magnetosphäre) führen an den magnetischen Polen zur Erde hin und dort
können auch die Sonnenwindpartikel dann auf die Erdatmosphäre
treffen. In der oberen Erdatmosphäre kollidieren die energiegeladenen
Elektronen des Plasmas mit Sauerstoff- und/oder Stickstoffmolekülen
der Atmosphäre, es findet eine Energieübertragung auf die
atmosphärischen Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle (Ionisierung)
statt. Diese Energie wird in der weiteren Folge dann auch wieder
abgegeben und dann in Form von Licht sichtbar. Dieser Prozess wird
als Fluoreszenz bezeichnet.
Da wie erwähnt die Magnetfeldlinien gen Nord- und Südpol gerichtet
sind und die Elektronen des Sonnenwindes an diesen Linien entlang gen
Pol in die Erdatmosphäre eindringen können, ergibt sich ein meist
ovaler Bereich, in dem Polarlichter sichtbar sind. Das Zentrum dieses
Ovals sind die magnetischen Pole der Erde. Bei starken
geomagnetischen Sonnenstürmen wird das Erdmagnetfeld derart
deformiert, dass sich der "normalerweise" ovalförmige Bereich vom Pol
her ausdehnt und so Polarlichter auch weiter südlich des Pols und
teilweise bis in mittlere Breiten sichtbar werden können.
Entscheidende Faktoren für die Sichtbarkeit von Polarlichtern in
unseren Breiten sind somit die Teilchendichte - wie viele Elektronen
stehen zur Energieübertragung an die Moleküle der Erdatmosphäre zur
Verfügung, die Sonnenwindgeschwindigkeit - mit wie viel Energie
treffen die Sonnenwindpartikel auf die atmosphärischen Moleküle und
wie stark wird das Erdmagnetfeld deformiert.
So, nun fast genug der Theorie. In den vergangenen beiden Nächten
konnten zumindest in Teilen Deutschlands Polarlichter beobachtet
werden. Dies war vor allem in der Nordhälfte Deutschlands der Fall,
wobei insbesondere in der vergangenen Nacht dann doch recht viele
Wolken die Sicht behinderten. Abbildung 1 zeigt eine Folge von
Webcam-Bildern der Kamera auf dem Peilturm am Kap Arkona auf Rügen
von gestern Abend (27.02.2023, 21:50 bis 22:22 MEZ).
Die Farbe der beobachteten Polarlichter kann unterschiedlich sein.
Werden vor allem Sauerstoffmoleküle ionisiert, ergibt sich je nach
Entstehungshöhe eine grünliche oder rötliche Färbung. Für die
Ionisierung von Stickstoffmolekülen sind sehr hohe Energien und somit
starke magnetische Störungen notwendig, dort ergibt sich eine
violette bis blaue Lichtfarbe. Hinzu kommt, dass das menschliche Auge
empfindlicher für grünes Licht ist, so dass die meisten, mit bloßem
Auge beobachteten Polarlichter, grün sind. In unseren mittleren
Breiten kommt hinzu, dass sich die Polarlichter nur selten in
tieferen Atmosphärenschichten ereignen und sich somit häufig rötliche
Formen zeigen. Dies zeigt zum Beispiel auch Abbildung 2, die eine
Aufnahme der DWD-Webcam aus Falkenberg (Brandenburg, südöstlich von
Berlin) aus der Nacht zum gestrigen Montag zeigt.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die besten
Beobachtungsbedingungen in hohen, polaren Breiten zu finden sind,
zudem werden wolkenarme Wetterbedingungen benötigt und es muss zudem
möglichst dunkel sein. Daher sind weitere Faktoren, die die
Sichtbarkeit beeinflussen die Mondphase, die umgebende
Lichtverschmutzung durch z. B. nahe (Groß-) Städte oder auch die
Mitternachtssonne im Polarsommer. Insgesamt ist die fotografische
Sichtbarkeit durch die Möglichkeit langer Belichtungszeiten größer
als die visuelle Sichtbarkeit durch das menschliche Auge.

Dipl.-Met. Sabine Krüger
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 28.02.2023

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