Polarlichter

Jenseits der Polarkreise, also in höheren geografischen Breiten als 66,5°, kommen Polarlichter sehr häufig vor. Die oft benutzte Bezeichnung "Nordlicht", oder auch Aurora borealis, trifft dabei allerdings nur auf die Polarlichter der nördlichen Hemisphäre zu, dementsprechend werden Polarlichter der südlichen Hemisphäre als "Südlichter", oder Aurora australis, bezeichnet.

Diese Leuchterscheinungen, die in einer Höhe von etwa 100 bis weit über 200 km entstehen, können den ganzen Himmel in verschiedensten Farben erhellen. Während der Mitternachtssonne können Polarlichter nicht beobachtet werden, da der Himmel zu hell ist. Polarlichter zählen nicht zu den Wettererscheinungen, da sie weit oberhalb der Troposphäre - in der Wettererscheinungen wie Wolken, Regen, Schnee etc. entstehen - vorkommen und auch nicht von der atmosphärischen Zirkulation beeinflusst werden. Die Intensität aber auch die Häufigkeit der Polarlichter hängen stark von der Aktivität der Sonne ab. Da die Sonne einen Zyklus ihrer Aktivität von etwa 11 Jahren hat, schwankt auch die Intensität der Polarlichter in diesem Rhythmus. Während des Aktivitätsmaximums können Polarlichter sogar in Deutschland beobachtet werden, wenn auch in erheblich abgeschwächter Form. Natürlich beflügelten und beflügeln derartige Naturerscheinungen die Phantasien der Menschen. So galten die in Deutschland die blutroten Lichterscheinungen beispielswise früher als Zeichen Gottes für drohendes Unheil.

In dem so genannten Sonnenwind, der von der Außenhülle der Sonne abgestrahlt wird, befinden sich elektrisch geladene Teilchen vor allem Elektronen, Protonen oder Alphateilchen. Beim Auftreffen auf die äußerste Schicht der Erdatmoshäre, Thermosphäre genannt, in Höhen von etwa 300 km (manche Autoren gehen auch von 400 km Höhe aus) regen sie dort die Moleküle der Luft, vor allem der Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle, energetisch an. Das heißt, die Elektronenkonfiguration der Atome und Moleküle wird verändert. Kommt es kurz darauf wieder zu einer Abregung, nehmen die angeregten Elektronen ihren ursprünglichen Energiezustand an - die dabei frei werdende Energie wird in Form von Licht ausgesandt, dem typischen Leuchten der Polarlichter. Diese Prozesse können sich von rund 300 km bis zu einer Höhe von etwa 80 km abspielen. Wegen des Magnetfelds der Erde werden diese geladenen Teilchen, die auf Grund ihrer Bewegung selber ein Magnetfeld erzeugen, entlang der Magnetfeldlinien zu den Polen gelenkt. Die verschiedenen Farben entstehen durch die Anregung des Sauerstoffs und des Stickstoffs in verschiedenen Höhen und der damit verbundenen verschiedenen Absorption innerhalb der Atmosphäre. So entstehen grüne Farbeindrücke, wenn Sauerstoffmoleküle (O₂) in etwa 100 km Höhe angeregt werden, rotes Licht bei Anregungen der O₂-Moleküle in Höhen über 200 km und violettes Licht bei Stickstoffmolekülen, die in niedrigen Höhen angeregt werden.

Unter dem Sonnenwind versteht man elektrisch geladene Teilchen (Elektronen, Protonen, Alphateilchen), die von der Sonne abgestrahlt werden. Die Sonne strahlt mit diesen Teilchen rund 1 Millionen Tonnen Masse pro Sekunde in den Raum ab. Der langsame Anteil des Sonnenwinds bewegt sich dabei mit einer Geschwindigkeit von etwa 400 km pro Sekunde von der Sonne zur Erde. Der schnelle Anteil ist mit 800-900 km pro Sekunde etwa doppelt so schnell. Für die Entfernung Sonne - Erde (rund 150 Millionen km) benötigt der langsame Sonnenwind daher rund 100 Stunden, also etwa 4 Tage. In der Nähe der Erde führt der Sonnenwind zu etwa 5 Millionen geladenen Teilchen in einem Kubikmeter. Physikalisch gesehen ist der Sonnenwind ein Plasma, da er aus geladenen Teilchen besteht.