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Polarlicht

Alle Infos zum Thema Polarlichter / Nordlichter

Entstehung von Polarlichtern

Aufbau-des-Erdmagnetfeld-Stockillustration
Aufbau-des-Erdmagnetfeld-Stockillustration

Polarlichter entstehen durch geladene Teilchen, die von der Sonne in Richtung Erde geschleudert werden, dem sogenannten Sonnenwind. Normalerweise erreicht dieser Teilchenstrom bei einer Geschwindigkeit von ca. 400 km pro Sekunde innerhalb von zwei bis drei Tagen die Erde.

Dort trifft er auf das Erdmagnetfeld, das uns in unseren Breitengraden vor diesem Teilchenbeschuss schützt. Ein Teil des Sonnenwindes wird jedoch entlang der Feldlinien des irdischen Magnetfeldes zu den Polarregionen geleitet und trifft dort in über 100 Kilometer Höhe auf die äusseren Schichten der Atmosphäre. Ähnlich dem Gas in einer Leuchtstoffröhre werden die dort vorhandenen Gasatome zum Leuchten angeregt.
Ein Video zum Thema “ Wie entstehen Polarlichter / Nordlichter“ findet ihr hier:

 

Bei Sonneneruptionen werden jedoch viel grössere Teilchenmengen mit bis zu 2500 km pro Sekunde ins All geschleudert. Erfolgt dieser sogenannte coronale Massenauswurf (CME) in Richtung Erde, erreicht uns diese Schockfront schon nach wenigen Stunden. (Aus diesem Grund ist eine längerfristige Vorhersage von Polarlicht auch nicht möglich !) Eine sehr schöne Darstellung eines solchen Auswurfes findet sich auf folgendem Bild:

sonneneruption
Sonneneruption mit coronalen Massenauswurf

Zusätzlich bewegt sich ein solcher Auswurf in einem Magnetfeld (interplanetares Magnetfeld – IMF).  Dieses Magnetfeld geht von der Sonne aus und breitet sich spiralförmig bis zum Rand des Sonnensystems aus. Ist das IMF bei Eintreffen des CME entgegen dem Erdmagnetfeld ausgerichtet (rote Linien) , führt dies leichter zu Störungen im „Schutzmantel“ der Erde, einem geomagnetischen Sturm. Dadurch können die geladenen Teilchen auch in niedrigeren Breiten die Atmosphäre erreichen und Leuchterscheinungen hervorrufen.

[Bild: Schematische Darstellung der spiralförmigen Ausbreitung des interplanetaren Magnetfeldes (hier mit 4 Sektoren). Die Erde befindet sich hier kurz vor einem Sektorwechsel (HCS - Heliospheric Current Sheet). Magnetstürme fallen im Bereich eines Sektorenwechsels besonders stark aus. Ein HCS ist an der Phi-Linie des ACE-Diagramms erkennbar ]
[Bild: Schematische Darstellung der spiralförmigen Ausbreitung des interplanetaren Magnetfeldes (hier mit 4 Sektoren). Die Erde befindet sich hier kurz vor einem Sektorwechsel (HCS – Heliospheric Current Sheet). Magnetstürme fallen im Bereich eines Sektorenwechsels besonders stark aus. Ein HCS ist an der Phi-Linie des ACE-Diagramms erkennbar ]

Unter diesen günstigen Bedingungen können Polarlicher auch über Deutschland beobachtet werden. Bei uns erscheint vor allem rotes und grünes Polarlicht. Rotes Polarlicht wird durch Sauerstoffatome in ca. 200 km Höhe hervorgerufen. Wenn der Sonnenwind in tiefere Schichten (100 km) vordringt, kann dort Sauerstoff zur Emission von grünem Licht angeregt werden.
Violettes Polarlicht, erzeugt durch Stickstoffatome, kommt bei uns praktisch nicht vor.

Leider verschlechtern sich die Bedingungen für Polarlichter momentan schneller als erwartet: Die Sonnenaktivität unterliegt nämlich einem im Mittel 11-jährigen Zyklus (Schwankung zwischen 9 und 14 Jahren), im Laufe dessen sich das Magnetfeld der Sonne umkehrt. Während dieses Prozesses treten gehäuft Sonneneruptionen auf.

 

Polarlicht Vorhersage

Eine längerfristige Vorhersage (mehr als 2 Tage) von Polarlichtern ist leider nicht möglich. Dies liegt an den weitgehend nicht vorhersehbaren Vorgängen auf der Sonne, die für die Entstehung von Polarlicht verantwortlich sind.

Da Polarlichter durch von der Sonne ausgehende Partikelströme verursacht werden, deren Weg durch Beobachtung mittels Sonnenaufnahmen, Satelliten in Lagrangepunkten  (z.B. ACE )und der Erdumlaufbahn sowie Magnetometern auf der Erdoberfläche nachvollzogen verfolgt werden kann, gliedert sich auch die Vorhersage in dieser Reihenfolge.

Hieraus ergibt sich auch der Aufbau der Navigation im Bereich Vorhersage.

Ein erstes Anzeichen für eine bevorstehende erhöhte Polarlichtwahrscheinlichkeit ist ein coronaler Massenauswurf auf der Sonne (CME). Eine Informationsquelle über ein solches Ereignis stellt der Satellit SOHO (Solar & Heliospheric Observatory  ) dar, der aktuelle Bilder der Sonne liefert.

Informationen über die Ankunft eines grösseren CME und dessen erwartete Auswirkungen bekommt Ihr über unsere Polarlicht Vorhersage Seite Dort ist auch die Ausrichtung des derzeitigen IMF vermerkt. Je mehr das IMF südwärts ausgerichtet ist, desto eher ist mit Polarlicht zu rechnen.

Ausreichend hohe Sonnenwindgeschwindigkeit und Teilchendichte können jedoch durch den alleinigen Druck auf die Magnetosphäre der Erde ein südwärts gerichtetes IMF entbehrlich machen. Dies sind die wichtigsten Indikatoren für eine mittelfristige Vorhersage im Bereich von mehreren Stunden. Erreicht die Schockfront des Massenauswurfs das Erdmagnetfeld und die Atmosphäre, geben die Sichtbarkeitsovale Auskunft über die eingebrachte Energie. Die aktuellen und vorhergesagten KP-Indizes sind ein Massstab für die Schwere des derzeit stattfindenden Magnetsturms und die Wahrscheinlichkeit von Polarlichterscheinungen.

 

Wann kann man Nordlichter in Deutschland beobachten?

Die Polarlichtzonen können sich also bei einer höheren Sonnenaktivität und bei Sonnenstürmen von den nördlichen Breitengraden bis nach Mitteleuropa verschieben. Derzeit befinden wir uns in einer Phase abnehmender Sonnenaktivität. Etwa alle 11 Jahre ist die Chance für Polarlichter erhöht, zuletzt gab es zwei hochaktive Phasen 2012 und 2015.

Doch manchmal reicht es aus wenn ein magnetisches Filament auf der Sonne ausbricht oder ein sogenanntes koronales Loch einen starken Sonnenwind zur Erde bläst. Gerade in der abnehmenden Phase der Sonnenaktivität sind koronale Löcher die häufigste Ursache für Nordlichter. Ein koronales Loch ist ein Bereich in der Sonnenkorona mit einer niedrigeren Temperatur und Dichte als in der Umgebung. Hier kann Plasma austreten und sich als Sonnenwind im Weltraum verbreiten.

Auch können vereinzelte starke Sonneneruptionen auftreten, wie zuletzt am 06.09.2017 als sich eine sehr starke Sonneneruption der X-Klasse ereignete und so für einen der größten geomagnetischen Stürme in diesem Jahr sorge. Polarlichter waren jedoch aufgrund der Deutschlandweiten schlechten Wetterlage nicht zu sehen. Dazu kam, dass der Sonnensturm zu einer ungünstigen Zeit eintraf und zusätzlich der Mond sehr hell erstrahlte.

Nordlicht in Deutschland
Polarlicht / Nordlichter in Deutschland

Am Polarkreis erscheint bei klarem Wetter fast jede Nacht ein grünliches Leuchten am Nordhorizont. Nimmt die Aktivität zu, intensiviert sich das Leuchten und spannt sich als Bogen über den Nordhimmel, der allmählich höher steigt. Häufig tanzen dann auch senkrechte Strahlen auf diesem und wenn man Glück hat, verwirbelt das Ganze zu einem Vorhang, der verschieden farbig aufleuchtet. Dann kommen auch die Farben rot, teilweise noch gelb und violett hinzu. Nicht selten verteilt sich das Polarlicht über den ganzen Himmel, mitunter bis an den Südhorizont, ehe es langsam wieder verlischt. Dabei können auch flackernde Effekte auftreten, die teilweise an ein brennendes Feuer in Echtzeit erinnern.

Form und Farbe von Nordlicht in Deutschland

Eine derartige Form und Farbvielfalt darf man bei uns in Mitteleuropa jedoch nicht erwarten. Kommt es zu Nordlichtern in Deutschland, so ist dieses meist nur als diffuses Leuchten am Nachtihmmel zu beobachten. Manchmal kommt es auch zu sogenannten Beamern, das sind senkrechte Strahlen die in den Himmel ragen können. Bei uns überwiegt die Farbe Rot, welches im übrigen erst ab einer gewissen Helligkeit vom Auge wahrgenommen werden kann. Das für Nordlicht typische grün versteckt sich meistens hinter dem Horizont oder fällt kaum auf.

Das Nordlicht lässt sich nicht vorhersagen wie z.b. das Wetter für die nächsten Tage. Ereignet sich eine Sonneneruption oder kommt es zu einem Sonnensturm, so ist die Interaktion zwischen den Teilchen des Sonnenwinds und dem Erdmagnetfeld schwer vorherzusagen. Man kann sich nur auf Messdaten weniger Satelliten und auf Erfahrungswerte stützen.

Die Erde befindet sich in einer Art magnetischer Blase, der sogenannten Magnetosphäre. Diese schützt uns normalerweise vor dem Sonnenwind und dessen hochenergetischen Teilen. Trifft jedoch ein Sonnensturm die Erde, stört er die Magnetosphäre und löst einen geomagnetischen Sturm aus, in Folge dessen verformt sich die Magnetosphäre und es kommt zu Nordlichtern. Bei besonders schweren geomagnetischen Stürmen können Satelliten beschädigt, Funkverbindungen unterbrochen oder elektrische Leitungen gestört werden.

Polarlichter fotografieren für Anfänger

Einmal im Leben Polarlichter zu sehen ist der Traum vieler Menschen, auch wir sind da keine Ausnahme. Die Königsdisziplin ist natürlich das fotografische Festhalten des Spektakels am Nachthimmel – wer nun allerdings denkt, Polarlichter fotografieren ginge einfach so aus der Hand, den müssen wir leider enttäuschen.

Thomas Guthmann erklärt auf seinem Foto-Blog sehr Ausführlich wie man mit den richtigen Kameraeinstellungen das Nordlicht auf dem Chip festhalten kann: Erfahrungsbericht und Kameraeinstellungen zur Fotografie von Polarlichtern

Quellen:

https://sonnen-sturm.info/nordlichter-in-deutschland-beobachten-und-fotografieren-3770

 

Über Dominik

Mein Name ist Dominik Zgrzendek, ich bin 29 Jahre alt und Gründer des Weblogs "Sonnen-Sturm.info". Die Astronomie sowie die Beobachtung der Sonne ist ein langjähriges Hobby von mir. Mit diesem Weblog möchte ich euch an meinem Hobby teilhaben lassen und hoffe so, einige für die Astronomie begeistern zu können!