Himmelsphänomene

Die Aurora borealis (Nordlicht) oder Aurora australis (Südlicht) wird allgemeingültig als Polarlicht bezeichnet. Es handelt sich dabei um eine Leuchterscheinung, die angeregt wird durch Stickstoff- und Sauerstoffatome der Hochatmosphäre, die in Polargebieten beim Auftreten beschleunigter geladener Teilchen aus der Erdmagnetosphäre auf die Atmosphäre selbst hervorgerufen wird. Es entstehen Polarlichter daher, wenn elektrisch geladene Teilchen des Sonnenwinds aus der Magnetosphäre (hauptsächlich Elektronen, aber auch Protonen) auf Sauerstoff- und Stickstoffatome in den oberen Schichten der Erdatmosphäre treffen und diese ionisieren. Bei der nach kurzer Zeit wieder erfolgenden Rekombination wird Licht ausgesandt. Durch die Energieübertragung rutschen die Elektronen also eine Schale nach außen, danach aber wieder auf die ursprüngliche Schale zurück. Dabei wird elektromagnetische Strahlung emittiert, es wird Licht ausgesandt. Polarlichter sind meistens in der Nähe der Erdmagnetpole zu sehen, können aber auch in seltenen Fällen in Deutschland auftreten. Die Häufigkeit hängt dabei von der Sonnenaktivität und deren Aktivitätszyklen ab. Große koronale Masseauswürfe sind für die Entstehung von Polarlichtern daher wichtig.

Die Energie stammt daher ursprünglich aus Emissionen der Sonne. Sie sendet ein elektrisch geladenes Plasma mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 500 bis 800 km/s und einer Dichte von ca. 5 Mio. Teilchen pro Kubikmeter aus. Die größten Sonnenwindausbrüche geschehen durch magnetische Rekonnexionen im Bereich von Sonnenflecken während der turbulenten, fleckenreichen Phase des Sonnenzyklus. Sonnenwindteilchen treffen auf die irdische Magnetosphäre und treten mit ihr in Wechselwirkung. Aufgrund des Abstandes von der Sonne zur Erde, rund 150 Mio. km, benötigt das Sonnenwindplasma bis zum Auftreffen auf die Erdmagnetosphäre zwei bis vier Tage. Die auftreffenden Sonnenwindpartikel stauchen die Erdmagnetosphäre auf der sonnenzugewandten Seite und ziehen sie auf der abgewandten Seite zu einem langen Schweif aus. Aufgrund ihrer Ladung werden die Sonnenwindpartikel hauptsächlich längs der Richtung des Erdmagnetfeldes abgelenkt, und umströmen die irdische Magnetosphäre, welche die darunterliegende Biosphäre dadurch vor dem Sonnenwind schützt. Dabei wird die Magnetosphäre durch den unsteten Sonnenwind fortlaufend bewegt. Durch die Bewegung des Magnetfeldes gegenüber den geladenen Teilchen darin werden Ströme induziert. Die größten Energiefreisetzungen geschehen durch magnetische Rekonnexionen im Schweifbereich der irdischen Magnetosphäre. Innerhalb der irdischen Magnetosphäre findet sich daher ein komplexes System bewegter elektrischer Ladungen, die sich in teils großen, weltumspannenden Strömen wie dem Ringstrom, den Birkelandströmen, den Pedersenströmen und dem polaren Elektrojet um die Erde bewegen. Wenn die Plasmateilchen bis in die Atmosphäre herunterströmen, regen sie bei Kollisionen die verdünnten Gase in hohen Schichten der Atmosphäre an. Diese emittieren beim Abfallen der Erregung ein Fluoreszenzlicht.

Ein ganz anderes Phänomen sind Leuchtende Nachtwolken (LNW), die auch als Night Lighting Clouds (NLC) bezeichnet werden. Hierbei handelt es sich um eine Ansammlung von Eiskristallen oberhalb der Mesosphäre in der Mesopause. Dort wird das absolute Temperaturminimum der Erdatmosphäre erreicht. Sie erscheinen in einer Höhe von 81-85 km, im Gegensatz zu den Wolkenformen der Troposphäre. Die meisten Sichtungen gelingen im Mitteleuropa von Anfang Juni bis Ende Juli in den Monaten der Sommersonnenwende in der Dämmerung in Richtung Norden. In diese Richtung sollte man auch blicken, wenn man Polarlichter sehen möchte, weshalb beide Phänomene auch gerne miteinander verwechselt werden. Leuchtende Nachtwolken wurden erstmals 1885, zwei Jahre nach dem Vulkanausbruch des Krakatau beschrieben und als Folgeerscheinung der Eruption interpretiert. Zur Überraschung der Wissenschaftler wurden sie jedoch auch in den folgenden Jahren und Jahrzehnten beobachtet. Selbst wenn Aerosole aus dem Krakatau-Ausbruch zeitweilig zur Entstehung Leuchtender Nachtwolken mit beigetragen haben, muss es folglich eine weitere und permanent vorhandene Quelle für Kristallisationskerne geben. Heute überwiegt die Auffassung, dass es sich dabei um Material handelt, das beim Verglühen von Meteoren freigesetzt wird. Tatsächlich leuchten Sternschnuppen typischerweise genau in der Höhenlage auf, in der sich die Leuchtenden Nachtwolken aufhalten. Die ebenfalls dort anzutreffenden Metallatomschichten sind das Produkt verglühter Meteoroide.