Der Himmel – Astronomie

Polarlichter: Das Lichtspiel der Sonne in unserer Atmosphäre

Ein Polarlicht ist Licht, das entsteht, wenn geladene Teilchen der Sonne, vom Magnetfeld der Erde gelenkt, mit Gasen in der oberen Atmosphäre zusammenstoßen. Meist zeigt es sich in der Nähe der Polarregionen, doch starke geomagnetische Stürme können es in deutlich niedrigere Breiten verschieben.

Polarlichter gehören zu den eindrucksvollsten Naturschauspielen und zeigen deutlich, dass unser Planet mit der Sonne verbunden ist. Die wandernden grünen, roten und violetten Vorhänge kommen nicht aus den Tiefen des Weltraums. Es sind leuchtende Gase in unserer eigenen Atmosphäre.

Der Sonnenwind und das Magnetfeld der Erde

Die Sonne sendet ständig einen Strom geladener Teilchen aus, vor allem Elektronen und Protonen. Man nennt ihn Sonnenwind. Seine Geschwindigkeit liegt typischerweise bei einigen hundert Kilometern pro Sekunde und schwankt mit der Sonnenaktivität.

Die Erde wird von einem Magnetfeld geschützt, das rund um den Planeten einen Schutzraum bildet, die Magnetosphäre. Sie lenkt den größten Teil des Sonnenwinds ab. Verbindet sich jedoch das vom Wind mitgeführte Magnetfeld mit dem Erdfeld, können Energie und Teilchen in die Magnetosphäre eindringen. Die Teilchen strömen dann entlang der Magnetfeldlinien in die Regionen um die magnetischen Pole.

Dort dringen sie in die obere Atmosphäre ein und stoßen mit Sauerstoff- und Stickstoffatomen und -molekülen zusammen. Jeder Stoß regt das Atom an, das die Energie anschließend als Licht abgibt. Dieses Licht ist das Polarlicht. Am häufigsten ist es in ringförmigen Zonen um die magnetischen Pole zu sehen, den sogenannten Polarlichtovalen.

Im Norden heißt das Phänomen Aurora borealis oder Nordlicht, im Süden Aurora australis oder Südlicht. Es ist derselbe Vorgang an entgegengesetzten Enden des Planeten. Ähnliche Polarlichter wurden auch auf anderen Planeten mit Magnetfeld beobachtet, etwa auf Jupiter und Saturn.

Die Farben eines Polarlichts

Die Farbe hängt davon ab, welches Gas getroffen wird und in welcher Höhe.

• Grün – die häufigste Farbe. Sie stammt von atomarem Sauerstoff in etwa 100–150 Kilometern Höhe, und unsere Augen sind dafür besonders empfindlich.
• Rot – ebenfalls von atomarem Sauerstoff, aber höher, oberhalb von etwa 200 Kilometern. Dieses Licht ist schwächer und mit bloßem Auge schwerer zu erkennen. Bei starken Stürmen fällt es Menschen in niedrigeren Breiten jedoch am ehesten auf.
• Blau und Violett – vor allem von molekularem Stickstoff, oft an den unteren Rändern der Vorhänge zu sehen.

Auch die Formen sind vielfältig: ruhige Bögen, Bänder, Strahlen und manchmal eine flackernde Korona, wenn sich das Schauspiel über den ganzen Himmel ausbreitet. Kameras zeigen meist mehr Farbe als das Auge, weil sie das Licht bei längerer Belichtung sammeln. Deshalb wirken Fotos oft heller und lebendiger als der tatsächliche Anblick.

Geomagnetische Stürme

Die hellsten und weitreichendsten Polarlichter entstehen bei geomagnetischen Stürmen, vorübergehenden Störungen der Magnetosphäre der Erde. Es gibt zwei Hauptursachen:

1. Koronale Massenauswürfe (CMEs) – riesige Wolken aus Plasma und Magnetfeld, die von der Sonne ausgestoßen werden.
2. Schnelle Sonnenwindströme, die aus Regionen der Sonnenkorona strömen, den koronalen Löchern.

Die Größe allein entscheidet nicht. Wichtig ist auch die Ausrichtung des Magnetfelds der Wolke: Zeigt es nach Süden, also entgegengesetzt zum Erdfeld an der Vorderseite der Magnetosphäre, ist die Verbindung effizienter und der Sturm kann stärker ausfallen.

Die Sonnenaktivität folgt einem Zyklus von etwa 11 Jahren. Rund um das Sonnenmaximum treten starke Stürme häufiger auf, doch auch zu anderen Zeiten sind schöne Polarlichter möglich.

Die Stärke eines Sturms wird mit dem Kp-Index (einer Skala von 0 bis 9) und der fünfstufigen Skala G1–G5 der US-Behörde NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) beschrieben. Bei schwachen Stürmen bleiben Polarlichter nahe den Polarregionen. Bei den stärksten dehnt sich das Oval aus, und die Lichter sind weit in Richtung Äquator zu sehen. Der kräftige Sturm im Mai 2024 ist ein gutes Beispiel: Polarlichter wurden in ungewöhnlich niedrigen Breiten fotografiert, auch in Südeuropa. In solchen Breiten sieht man sonst höchstens einen schwachen rötlichen Schimmer tief am polwärts gelegenen Horizont.

So verfolgst du Polarlichtvorhersagen

Polarlichter lassen sich nicht auf die Stunde genau vorhersagen, aber mehrere Hilfsmittel helfen dir:

• Das Space Weather Prediction Center (SWPC) der NOAA veröffentlicht Warnungen, Messwerte und Vorhersagen zur geomagnetischen Aktivität, einschließlich des Kp-Index.
• Sonnenmissionen wie SOHO (eine gemeinsame Mission von ESA und NASA) und das Solar Dynamics Observatory (SDO) der NASA beobachten die Sonne und zeigen Massenauswürfe. Raumsonden zwischen Erde und Sonne, etwa 1,5 Millionen Kilometer entfernt, messen den Sonnenwind kurz vor seiner Ankunft und liefern so nur wenige zehn Minuten Vorwarnung.
• Ein CME braucht typischerweise etwa ein bis mehrere Tage bis zur Erde. Ein Sturm kündigt sich also oft früh an, aber seine Stärke bleibt bis zuletzt unsicher.

Praktische Tipps zum Beobachten, wo auch immer du lebst:

1. Such dir einen dunklen Ort abseits der Stadtlichter. Mehr dazu findest du unter So beobachtest du den Himmel.
2. Schau in Richtung des polwärts gelegenen Horizonts und gib deinen Augen 15–20 Minuten, um sich an die Dunkelheit zu gewöhnen.
3. Prüfe die Wolkenvorhersage. Selbst ein starker Sturm ist hinter dichten Wolken unsichtbar.
4. Nutze ein Smartphone im Nachtmodus oder eine Kamera auf einem Stativ mit langer Belichtung. Schwache rote Polarlichter zeigen sich auf Fotos oft besser als fürs Auge.
5. Sei geduldig. Das Schauspiel kommt in Wellen und kann Minuten oder Stunden dauern.

Ein Polarlicht erinnert daran, dass die Erde Teil eines größeren Systems ist. Ihr Magnetfeld, ihre Atmosphäre und die Energie der Sonne erschaffen gemeinsam ein Lichtspiel, das Menschen seit Jahrtausenden bestaunen.

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