Polarlichter

Polarlichter oder wissenschaftlich auch Aurora Borealis auf der Nordhalbkugel und Aurora Australis auf der Südhalbkugel genannt, beschäftigen die Menschheit schon sehr lange, genau gesagt seit etwa 2500 Jahren. Während die Menschen in Lappland, Alaska und Sibirien lange Zeit glaubten, dass es sich um Zeichen ihrer Götter handelte, die Vorboten eines Krieges oder Unheils seien, so ist man heutzutage wissenschaftlich wesentlich weiter, auch wenn es noch immer einige wenige Unklarheiten gibt.

Polarlichter treten vorwiegend in den Polarregionen um die Pole auf, also um den nördlichen und südlichen Polarkreis. Ihr Auftreten und die Häufigkeit hängen von der Sonnenaktivität ab. Während man um den 70. Nördlichen Breitengrad bei klarem Himmel während der Polarnächte praktisch täglich Polarlichter sehen kann, sind sie in Mitteleuropa in den Mittleren Breiten nur bei stärkerer Sonnenaktivität sichtbar.

Jeder Aktivitätszyklus der Sonne dauert durchschnittlich 11 Jahre. Ein sog. solares Minimum, welches am Anfang und Ende eines jeden Zyklus‘ steht, leitet den Zyklus jeweils ein und aus, in der Mitte steht das solare Maximum. Entsprechend ist auch die Häufigkeit des Auftretens von Polarlichtern zu beobachten. Das letzte solare Maximum war in den Jahren 2013 / 2014. In diesen Jahren verzeichnete man besonders häufig starke Eruptionen der Sonne, die auch als koronale Massenauswürfe bezeichnet werden. Sie sind die Voraussetzung für das Auftreten von Polarlichtern in Mitteleuropa.

Zu Beginn und gegen Ende eines jeden Sonnenfleckenzyklus‘ sind deutlich weniger und auch weniger starke Eruptionen zu beobachten, sodass sich die Sichtbarkeit von Polarlichtern auf die Regionen um die Polarkreise zurückzieht. Durchschnittlich kann man in Mitteleuropa pro Jahr ungefähr in 5-15 Nächten Polarlichter beobachten. Diese sind jedoch meist nur im Norden am Himmel zu sehen.

Nach einem in Erdrichtung erfolgten koronalen Massenauswurf benötigt der Sonnenwind etwa ein bis vier Tage, bis er auf die Erde trifft, sodass dann mit Polarlichtern gerechnet werden kann und man diese daher auch relativ gut voraussagen kann. Während eines solaren Maximums kann man Polarlichter sehr selten sogar auch bis zum Mittelmeer beobachten. Dies war z. B. im Jahr 2003 der Fall.

 

Die Sonne schleudert permanent riesige Mengen an Materie ins All; hier spricht man vom Sonnenwind. Dieser setzt sich aus Protonen und Elektronen zusammen; das Magnetfeld der Erde schützt uns vor diesen Teilchen und vor der Strahlung, die das Leben auf der Erde unmöglich machen würden. Diese Eruptionen häufen sich zu Zeiten des solaren Maximums, sodass ganze „Sonnenstürme“ entstehen können. Die normale Geschwindigkeit eines Sonnenwindes beträgt in etwa 300 Kilometer pro Sekunde, es wurden im Oktober 2003 aber auch schon 2000 Kilometer pro Sekunde bei einem sehr starken Sonnensturm erreicht. Beträgt die Geschwindigkeit des Sonnenwindes mehr als 300 Kilometer pro Sekunde, so deutet dies auf beeindruckende Polarlichter hin, hier werden dann sogar bis zu 700 Kilometer pro Sekunde erreicht.

Das Magnetfeld der Erde wird durch den starken Druck des Sonnenwindes so verformt, dass es sich auf der Tagseite praktisch zusammenstaucht, während es auf der Nachtseite einige Millionen Kilometer in den Weltraum ragt. Sobald sich der Sonnenwind dem Magnetfeld der Erde nähert, wird er durch dieses abgelenkt und umfliegt die Erde.

Hierbei wird durch die vorbeifliegenden Teilchen - zwischen dem Erdmagnetbereich und dem Sonnenwind - deren Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt. Im magnetischen Feld der Erde werden positive Protonen und negative Elektronen als geladene Teilchen des Sonnenwindes getrennt, wodurch sich über der Erde eine enorme elektrische Spannung aufbaut. Die Spannungsentladung findet teilweise durch die entlang der Feldlinien spiralenförmig auf die Erde zuströmenden Elektronen statt, wo die Feldlinien ein- und austreten. Die Polarregionen fungieren dann als eine Art Trichter für die Magnetfeldlinien.

Elektronen des Sonnenwindes stoßen dann in ca. 150 km Höhe auf Moleküle der Atmosphäre, wodurch ein so heftiger Energieaustausch stattfindet, dass die Moleküle elektrisch geladen werden und somit leuchten. Dies sind dann die uns bekannten Polarlichter.

 

Polarlichter treten in sechs verschiedenen Farben in Grün in Rot in Gelb in Violett in Weiß und in Blau auf. Ihre Farbe hängt sowohl von den unterschiedlichen Bestandteilen der Atmosphäre als auch von der Höhe ab. Grüne, meist durch Sauerstoff hervorgerufene Polarlichter, sind die häufigsten und treten in einer Höhe von ca. 80-150 km auf. Rote und blaue Polarlichter entstehen durch Stickstoffatome und treten in einer Höhe zwischen 150 und 600 Kilometern auf. Orange und Magenta treten in einer Höhe von 70-90 Kilometern auf, rotes Polarlicht hingegen in einer Höhe von 200-320 km. Gelbes Polarlicht tritt nur als eine additive Überlagerung auf; so findet sich gelbgrünes Polarlicht in 120-140 km Höhe. Für letzteres ist nur eine Sekunde zur Entstehung notwendig.

 

Polarlichter können trotz des die Erde schützenden Magnetfeldes manchmal auch mit ihren starken Spannungsfeldern Messdaten verfälschen oder Einfluss auf Satelliten haben. 1989 fielen in Kanada sogar während eines solaren Maximums ganze Stromnetze aus.

Polarlichter können in vier verschiedenen Arten auftreten, die jeweils vom Sonnenwind abhängig sind:

  • Corona

  • Bänder

  • Vorhänge

  • Ruhige Bögen

 

Die beste Zeit zur Beobachtung der Polarlichter ist zwischen Anfang September und Mitte April, nämlich dann, wenn im hohen Norden die Nächte wieder dunkel werden. In klaren Nächten kann man dann im nördlichsten Teil Skandinaviens an neun von zehn Nächten Polarlichter auch während eines solaren Minimums beobachten.

Je weiter nördlich man kommt, desto heller sind die Nächte in der Zeit zwischen Mitte April und Anfang September, sodass man in dieser Zeit nur wesentlich weiter südlich Polarlichter beobachten kann, was aber einen größeren koronalen Massenauswurf in Richtung Erde voraussetzt.

 

Auch hier gelten für die Kameraeinstellungen die Grundlagen für die Nachtfotografie. Je nach gewünschtem Ausschnitt benötigt man auch für die Fotografie von Polarlichtern ein möglichst ein sehr lichtstarkes Weitwinkel- oder Ultraweitwinkelobjektiv mit einer Blendenzahl von f2.8 oder kleiner. Die ISO variiert je nach Intensität der Polarlichter zwischen 800 und 1600, während die Belichtungszeit von der Intensität und der Geschwindigkeit der Polarlichter abhängt. Meist benötigt man Belichtungszeiten von 6-20 Sekunden.

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