Polarlichter von Grün bis Rot

Mit ihrem geheimnisvollen Leuchten und wabernden Farbschleiern bezaubern Polarlichter selbst erfahrene Forscher. Als in der Nacht des 10. Mai 2024 ein besonders heftiger Sonnensturm die Erde erreichte und einschlägige Webseiten sogar für Südniedersachsen Polarlichter vorhersagten, zog es gleich mehrere Forschende der TU Braunschweig, des Fraunhofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik IST, der Universität Göttingen und des MPI für Sonnensystemforschung ins Freie. „Ich habe schon viele Polarlichter in höheren Breiten gesehen. Über Göttingen sind sie eine Seltenheit. Das wollte ich unbedingt fotografieren. Um eine wissenschaftliche Nutzung der Aufnahmen ging es mir zunächst nicht“, erinnert sich MPS-Direktor und leidenschaftlicher Fotograf Sami Solanki an seinen nächtlichen Ausflug.

Dieses Foto zeigt die Polarlichter über Braunschweig in der Nacht vom 10. auf den 11. Mai 2024 kurz nach Mitternacht

Quelle: P. Schulz / B. Tsurutani et al.; CC-BY 4.0

Wie dem Göttinger Sonnenforscher ging es auch Philipp Schulz vom Fraunhofer-IST, Ingo von Borstel vom Institut für Geophysik und Extraterrestrische Physik der TU Braunschweig und Klaus Reinsch vom Institut für Astrophysik und Geophysik der Universität Göttingen. Doch ihre Aufnahmen erwiesen sich als ebenso malerisch wie ungewöhnlich: Über dem erdnahen, grünen Leuchten zeigt sich ein rötlicher Schimmer; nach unten weisende, helle Strahlen setzen sich vom Rot ins Grün fort.

„Strahlen, die sich kontinuierlich von der roten Aurora bis zur grünen Aurora erstrecken, wurden bisher in keiner wissenschaftlichen Veröffentlichung beschrieben“, erklärt Bruce Tsuritani, ehemals Wissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory der NASA und Erstautor der neuen Veröffentlichung. „Sie haben uns geholfen zu verstehen, wie das rote Leuchten entsteht“, fügt er hinzu. Yasuhito Narita von der TU Braunschweig koordinierte das internationale Team aus Forschenden, das die Aufnahmen mit Daten zum Sonnenwind und zu Störungen des Erdmagnetfeldes verglich.

Der Sonnensturm vom 10. Mai 2024 war der zweitstärkste des Weltraumzeitalters. Zu roten Polarlichtern kommt es bei intensiven Sonnenstürmen in mittleren Breiten, typischerweise in Höhen zwischen 800 und 200 Kilometern. Der Mechanismus, der das rote Leuchten auslöst, ist seit Jahren Gegenstand umfangreicher theoretischer Forschung. Da jedoch in der Regel keine Satelliten die Erde im Bereich der roten Polarlichter umkreisen, konnten die verschiedenen Theorien bisher nicht überprüft werden.

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Grüne Auroren treten in Polarregionen häufig auf. Schnelle Elektronen aus der Magnetosphäre der Erde rasen wie auf einer Rutschbahn entlang den Linien des Erdmagnetfeldes und dringen in die Atmosphäre bis in eine Höhe von 130 bis 85 Kilometern über der Erdoberfläche vor. Dort setzen sie eine Kaskade von Zusammenstößen in Gang, die zuletzt Sauerstoff-Ionen grün aufleuchten lassen.

Einem elfjährigen Rhythmus folgend durchläuft die Sonne ruhigere und wildere Phasen. Auf dem Höhepunkt ihrer Aktivität kommt es zu gewaltigen Ausbrüchen: Unser Stern schleudert dann besonders schnelles Sonnenwindplasma und darin eingebettete Magnetfelder in den Weltraum. Treffen diese auf die Magnetosphäre der Erde, kommt es zu magnetischer Rekonnexion, bei der Sonnenwindenergie auf die Magnetosphäre der Erde übertragen wird. Dies löst eine Kette von Ereignissen aus, die zu Polarlichtern führen, manchmal sogar in mittleren Breiten. Seit 2024 waren über dem südlichen Niedersachsen bereits mehrfach Polarlichter zu beobachten. Derzeit nimmt die Sonnenaktivität wieder ab. Doch auch in dieser Phase kann es noch zu ungewöhnlich heftigen Ausbrüchen kommen.

Die Forschenden der TU Braunschweig setzen deshalb auf Mithilfe aus der Bevölkerung und bitten darum, ihnen Fotografien künftiger Polarlichter zur Verfügung zu stellen. Wichtig ist vor allem eine vergleichsweise kurze Belichtungszeit von nicht mehr als sechs Sekunden. Nur so lassen sich die verräterischen Strahlen erkennen. Zudem können die Aufnahmen helfen, weitere Aspekte roter Polarlichter zu verstehen. [MPS / dre]