Polarlichter – ein beeindruckendes Schauspiel am Himmel

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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