Wie entstehen Polarlichter?

Die Sonne liefert mehr als sichtbares Licht

Von der Sonne strömen geladene Teilchen ins Sonnensystem. Dieser Sonnenwind trifft auf die magnetische Umgebung der Erde, die Magnetosphäre. Sie ist kein starrer Schutzdeckel, sondern reagiert auf den Sonnenwind und das mitgeführte Magnetfeld. Die NOAA beschreibt Polarlichter als Folge dieser Wechselwirkungen.

Für eine verständliche Vorstellung müssen wir zwei Dinge trennen: Die Sonne beeinflusst die Bedingungen im erdnahen Weltraum; das sichtbare Leuchten entsteht später in der Atmosphäre. Es ist also kein fertiger grüner Lichtstrahl, der von der Sonnenoberfläche bis über eine Landschaft reicht. Auch müssen nicht alle beteiligten Teilchen eine ununterbrochene direkte Reise von der Sonne bis zum Leuchtpunkt zurückgelegt haben.

Teilchen regen die dünne Luft an

Energieübertragung in der Magnetosphäre kann Teilchen beschleunigen. Vor allem Elektronen gelangen entlang magnetischer Feldlinien in die obere Atmosphäre und stoßen dort mit Atomen und Molekülen zusammen. Diese können Energie aufnehmen und anschließend als Licht wieder abgeben. Die NASA erklärt diesen Zusammenhang zwischen Teilchen und angeregten Gasen.

Mit „angeregt“ ist hier ein physikalischer Energiezustand gemeint. Die Gasteilchen werden nicht zu winzigen brennenden Flammen. Das Wort „Luft“ darf außerdem nicht dazu verleiten, an eine gewöhnliche Wolke in Flughöhe zu denken. Das Polarlichtgeschehen spielt sich wesentlich höher ab als das alltägliche Wetter, das wir an Wolken und Regen erkennen.

Warum Grün, Rot und Violett entstehen können

Die Farbe hängt unter anderem vom beteiligten Gas, der Höhe, der Dichte der Atmosphäre und der übertragenen Energie ab. Sauerstoff ist eine wichtige Quelle grünen und roten Lichts; Stickstoff kann zu rosa, blauen und violetten Erscheinungen beitragen. Die kanadische Raumfahrtbehörde erläutert diese Farbfaktoren.

Eine einzelne Farbe verrät dennoch nicht alle Einzelheiten einer Beobachtung. In einem Bild können sich Leuchtbereiche überlagern, und die Kameraeinstellungen beeinflussen den Eindruck. Deshalb geben wir hier keine millimetergenau wirkende Farblegende vor, mit der sich aus einem Urlaubsfoto die exakte Höhe oder Teilchenenergie ablesen ließe. Eine Illustration zeigt das Prinzip; Messungen sind eine andere Art von Information.

Warum das Schauspiel häufig in Polnähe auftritt

Die magnetische Umgebung lenkt die Teilchenbewegung. Häufig entstehen leuchtende Zonen in ovalen Bereichen um die magnetischen Pole. Auf der Nordhalbkugel spricht man von Nordlichtern oder Aurora borealis, auf der Südhalbkugel von Südlichtern oder Aurora australis. Bei stärkerer geomagnetischer Aktivität können sich die Leuchtzonen weiter in Richtung niedrigerer Breiten ausdehnen. Die NOAA beschreibt diese veränderlichen Polarlichtovale.

Polnähe ist dabei eine grobe Orientierung, kein Schalter, der nördlich einer bestimmten Straße immer auf „sichtbar“ steht. Auch direkt unter einem aktiven Gebiet können Wolken die Sicht verhindern. Umgekehrt kann hohes Leuchten aus größerer Entfernung am Horizont erkennbar sein. Für eine konkrete Beobachtung müssen die örtlichen Bedingungen zur Entwicklung im Weltraum hinzukommen.

Foto, Auge und Vorhersage auseinanderhalten

Eine Kamera kann schwaches Licht über eine längere Belichtung sammeln. Das Auge nimmt eine schwache Erscheinung deshalb nicht unbedingt so bunt wahr wie ein bearbeitetes oder lange belichtetes Bild. Die NOAA erklärt den Einfluss des menschlichen Nachtsehens. Ein spektakuläres Foto ist daher keine Zusage für denselben Farbeindruck vor Ort.

Für deine Einordnung hilft eine Dreiteilung: Die physikalische Erklärung sagt, warum das Phänomen existiert. Eine Weltraumwettervorhersage schätzt die Bedingungen eines konkreten Zeitraums ab. Ein örtlicher Beobachtungsbericht beschreibt, was tatsächlich gesehen wurde. Diese drei Aussagen sind nicht austauschbar. Vor einer Beobachtungsfahrt bräuchtest du aktuelle Vorhersagen und Wetterinformationen; aus diesem Grundlagenartikel allein lässt sich kein Termin ableiten.