Nordlichter
"Nordlichter", "Polarlichter", wissenschaftlich korrekt "Aurora borealis" und im Englischen "Auroras" oder "Northern Lights" sind alle Bezeichnungen für dasselbe Phänomen. Ich will hier versuchen zu erklären, wie sie zustande kommen. Kurz gesagt: Nordlichter entstehen, wenn Teilchen aus dem Sonnenwind auf die oberen Schichten der Atmosphäre treffen und dort Gase zum Leuchten anregen.
Aber die Liste der Fragen ist lang: Warum treten sie vornehmlich in hohen Breiten auf, und nur selten in Deutschland? Warum treten sie nur manchmal auf, und kann man das vorhersagen? Woher kommen die Farben? Warum sehen sie so unterschiedlich aus? Warum sind sie manchmal hell, manchmal dunkler, manchmal langsam, manchmal schneller...
Unser Magnetfeld
Zunächst werfen wir einen Blick auf das Magnetfeld der Erde. In einfachster Näherung sieht es aus wie das Magnetfeld von einem einfachen Stabmagneten: Es hat einen magnetischen Nordpol, wo die Magnetfeldlinien austreten, dann wölben sie sich um die Erde und treten am magnetischen Südpol (irgendwo im Norden von Kanada) wieder in die Erde ein. Wenn wir den Einfluß der Sonne nicht berücksichtigten, sähe das Erdmagnetfeld ungefähr so aus:
Quelle: Wikipedia
Wir benutzen das Erdmagnetfeld zum Beispiel zur Navigation. Eine Kompassnadel zeigt immer zum magnetischem Südpol und weist uns so ungefähr in Richtung Norden. Das Erdmagnetfeld ist nur ganz schwach. Das sieht man schon daran, daß sich eine Kompassnadel ganz einfach von einem Kühlschrankmagneten in die Irre führen läßt. Aber trotzdem tut das Magnetfeld noch etwas anderes, sehr viel wichtigeres für uns: es schützt uns vor Strahlung aus dem Weltall. Teilchen, die unsere Erde aus dem All bombardieren, prallen am Magnetfeld ab und werden abgelenkt.
Allerdings ist das Magnetfeld nicht einfach immer da, um uns zu beschützen und sieht auch nicht immer gleich aus. Die Position der Nord- und Südpole ändert sich zum Beispiel. Die Magnetfeldlinien sind nicht fest, sondern können hin- und herwackeln. Gelegentlich gibt es sogar "Risse" im Magnetfeld. Für einige Stunden kann es dann ein Loch haben, durch das die Teilchen von außen hereinströmen.
Sonnenwind
Die meisten Teilchen, die uns bombardieren, kommen von der Sonne. Die Sonne ist ein ungemütlicher Ort, wenn man das so sagen kann: sie ist unglaublich heiß, ab und zu explodiert sie an einer Stelle und schleudert große Mengen von Material von sich weg. Der Teilchenstrom von der Sonne wird "Sonnenwind" genannt. Die Teilchen bewegen sich mit mehreren Kilometern pro Sekunde durch den Raum, ganz ungefähr befindet sich in jedem Kubikzentimeter ein Teilchen.
Durch den enormen Wind wird das Erdmagnetfeld verformt: vorne wird es zusammengedellt, und hinten "reißt" es auf, bis es so aussieht:
Quelle: Wikipedia
Und wenn man jetzt genau hinschaut, sieht man schon die "schwache Stelle" im Magnetfeld: Nahe des Nord- und Südpols, wo die Magnetfeldlinien senkrecht auf die Erdoberfläche treffen, können Teilchen, die von den Magnetfeldlinien abgelenkt werden, eintreten. Diese Zone verläuft auf einem Ring um den magnetischen Pol. Tromsø liegt zufälligerweise genau darunter. Nur selten kann man weit entfernt der Ringe Polarlichter beobachten. Polarlichter gibt es übrigens genauso weit im Norden, wie weit im Süden. Nur wenigen Menschen ist allerdings die Beobachtung der südlichen Polarlichter vergönnt: Die Zone verläuft über der Antarktis und dem Meer.
Die Teilchen erreichen bei uns jedoch nicht den Boden, sondern werden von der oberen Atmosphäre abgehalten, ungefähr 100 km über uns. Dort werden sie von Luftmolekülen gebremst. Der Sonnenwind, und Nordlichter, sind nicht gefährlich für uns Menschen. Er ist nur gefährlich für die Elektronik in Satelliten, die hunderte Kilometer über uns fliegen. Sie altern schneller bei starkem Sonnenwind und gehen dann schneller kaputt.
SOHO
Genau auf der Verbindungslinie zwischen Sonne und Erde, ca. 1.5 Millionen Kilometer von uns entfernt, sitzt eine kleine Raumsonde namens SOHO und schaut 24 Stunden am Tag, 365 Tage im Jahr auf die Sonne. Sie hat in den letzten zehn Jahren viele Millionen Bilder von der Sonne gemacht. Ihre Hauptaufgabe dient der Erforschung der Sonne, aber sie ist sozusagen auch ein Vorposten der Erde. Sie warnt uns vor starken Ausbrüchen der Sonne (eine Stunde bis Tage vorher). Satelliten können dann möglicherweise weggedreht werden, und die Nordlicht-Fans machen sich bereit!
Deswegen muß man auch nicht (wie ich am Anfang) alle paar Minuten zum Fenster rennen, um nach Nordlicht Ausschau zu halten. Erstens: aus dem Fenster sieht man nicht gut, die Augen sind noch an das helle Licht im Haus adaptiert und es dauert einige Minuten, bis man im Dunkeln gut sieht. Häuser und Straßenlampen sind sowieso störend, man muß sich einen Platz suchen, wo es möglichst dunkel ist. Warm anziehen! Und wenn es bewölkt ist, kann man es gleich aufgeben: Die Nordlichter sind weit, weit über den Wolken und man kann sie bei Bewölkung nicht sehen. Ein einfacher Trick: Wenn man Sterne sieht, sind die Augen gut adaptiert und man weiß, daß es nicht bewölkt ist. Sterne sieht man übrigens auch durch Nordlichter hindurch, was besonders toll aussieht.
Wenn das Wetter und das Licht stimmt, braucht es noch die geomagnetische Aktivität. Für Tromsø gibt es zum Beispiel hier einen Index. Wenn die Kurve hoch ist, wie am 15. Dezember bei 300 nT, dann sollte man nach draußen gehen. Eine praktische Seite ist SpaceWeather, wo immer, wenn Nordlicht erwartet wird, eine Nordlicht-Warnung herausgegeben wird.
Aber was passiert jetzt, wenn Teilchen mit einer Spitzengeschwindigkeit von 1000 km/s (eine "Schockfront") auf die oberen Schichten der Erdatmosphäre treffen? Sie regen dort Sauerstoff- und Stickstoffatome an. Dabei werden Elektronen aus der Hülle der Atome auf ein höheres Energieniveau gehoben. Sie fallen dann von selbst wieder herunter, und geben eine feste Energie wieder ab - in Form von Licht, daß dann genau einer bestimmten Farbe entspricht: Sauerstoff in ca. 100 km Höhe leuchtet intensiv grün, weiter oben kann es rot leuchten. Stickstoff leuchtet lila oder blau.
Nordlicht live
Bei starkem Sonnenwind kann das Magnetfeld der Erde sich richtig im Wind bewegen, es wird geschüttelt und kann aufreißen. Ein starker geomagnetischer Sturm ist am 15. Dezember 2006 aufgetreten (Der Grund war der Sonnenfleck 930, der Tage zuvor explodiert ist). Das Schauspiel, daß sich dann bietet, ist unvergleichlich. Der ganze Himmel war grün, ein leichtes, zartes grün. Aber das darf man sich nicht besonders friedlich vorstellen: Der Himmel hat geflackert. Große Teile haben mehrmals in der Sekunde ihre Farbe gewechselt, grün-dunkel-grün-dunkel. Dabei hat man Strukturen gesehen: Schleifen. Sie haben die Magnetfeldlinien abgebildet.
Und genau über unseren Köpfen befand sich ein Loch. Durch dieses Loch strömte von Zeit zu Zeit grell leuchtende lila und grüne Farbe. Es sah aus, wie wenn jemand mit aller Gewalt Farbe aus einem Farbeimer weit über unseren Köpfen durch ein kleines Loch drückt. Wir standen genau darunter. Die Farbe läuft um uns über den Himmel in Richtung Horizont. Dann streicht jemand mit einem riesigen, unsichtbaren Pinsel die Farbe plötzlich von rechts nach links, innerhalb von einer Sekunde über den ganzen Himmel. Das Band fängt an zu flackern wie eine Fahne, am unteren Ende sieht man lila Wellen entlanglaufen. So geht es wild hin und her, während man gar nicht weiß, wohin man schauen soll. Dann wird es wieder ruhiger, es kommt wieder das leicht grüne Flackern und die übrige Farbe zieht langsam und gemütlich über dem Horizont entlang, wo sie sich manchmal aufrollt, ein bißchen wellt, und wieder heller und dunkler wird - bis der nächste Ausbruch kommt.
Forschung
Wann genau? Wie genau? Warum genau? Das Phänomen ist noch immer Gegenstand aktueller Forschung. Der Sonnenwind ist ein Plasma, viele theoretische Plasmaphysiker beschäftigen sich mit ihm. Die obere Ionosphäre ist ebenfalls ein Plasma, die genauen Vorgänge sind hochkomplex. Experimentell wird das Nordlicht zum Beispiel mit Radaranlagen wie dem EISCAT untersucht.
Die Sonne, durch die es stimuliert wird, ist ein nicht minder komplexes System. Alle 11 Jahre zum Beispiel ist sie besonders aktiv. Wer Nordlichter beobachten will, hat in den Jahren des Maximums die besten Chancen. Dann sind sie auch manchmal in Mitteleuropa sichtbar, wenn auch nicht so spektakulär wie hier. Im Moment übrigens befinden wir uns genau in einem Minimum :-). Das nächte Maximum wid für 2010/2011 erwartet - und es soll die vorhergehenden Maxima bei weitem übertreffen!
Links
Einen verständlichen Artikel zum Thema gibt es hier:
Und die deutschen Polarlicht-Begeisterten sind in diesem Forum gut aufgehoben: Und immer auf SpaceWeather schauen (dort gibt es auch Galleries)!
