In schillernden Farben ziehen sie sich über die nächtlichen Himmel in den nördlichen Gebieten auf der Welt. Die Nordlichter, auch Aurora Borealis genannt, gehören zu den beeindruckendsten Naturschauspielen. Jährlich reisen Tausende Besuchende in den Norden Skandinaviens oder Kanadas, in der Hoffnung, die Nordlichter einmal zu Gesicht zu bekommen. Doch was ist die Aurora Borealis eigentlich? Was für eine Bedeutung hat Borealis? Wie entsteht sie und warum hat es mit viel Glück zu tun, damit man sie überhaupt sehen kann?
Aurora Borealis — Bedeutung
Borealis kommt aus dem Altlateinischen und hat die Bedeutung "nördlich". Deswegen werden die Aurora Borealis auch Nordlichter genannt.
Aurora Borealis ist der wissenschaftliche Begriff für die Nordlichter. Im Allgemeinen werden sie auch als Polarlichter bezeichnet.
Die Lichter sind besonders am Nachthimmel sichtbar. Sie treten auf, wenn Teilchen aus dem Weltraum auf das Magnetfeld der Erde treffen. Besonders häufig tritt das bei starken Sonneneruptionen auf. In der Regel sind sie in der Nähe der Pole zu sehen. Seltener sind sie auch südlicher sichtbar. Die Aurora Borealis ist am meisten von Oktober bis März zu beobachten.
Die bekannteste Form der Polarlichter sind die sich am Himmel entlang schlängelnden Bänder. Sie kann sich aber schon allein im Laufe einer Nacht komplett verändern. Strahlenkränze und pulsierende Kugeln sind dabei keine Seltenheit.
Auf diesem Bild ist ein sehr helles Polarlicht über der norwegischen Stadt Bodö zu sehen. Es wirkt dabei wie ein Halbkreis.
Abb. 1 - Die Aurora Borealis in Bodö, Norwegen
Aurora Borealis – Entstehung
Die Entstehung, des uns bekannten Nordlichtes, ist ein Prozess, der bis jetzt noch nicht vollständig erforscht ist. Im Grunde handelt es sich dabei um einen Zusammenhang zwischen der Erdatmosphäre, dem Erdmagnetfeld und dem Sonnenwind. Die Grundlagen für die Theorie der Entstehung des Polarlichtes stammt von dem norwegischen Physiker und Geophysiker Kristian Olaf Birkeland (1867–1917).
Kristian Olaf Birkeland war 1896 das jüngste Mitglied der Norwegischen Akademie der Wissenschaften. In den 1890er-Jahren widmete er sich besonders der Erforschung der Polarlichter. Im Jahre 1899 begann er ein Nordlicht-Observatorium auf Haldde nahe Alta (Norwegen) einzurichten. Bis zum Jahre 1903 betrieb er insgesamt vier solcher Stationen an unterschiedlichen Standorten. Er wurde insgesamt siebenmal für den Physik-Nobelpreis vorgeschlagen, bekam die Auszeichnung jedoch nie.
Polarlichter entstehen dann, wenn die elektrisch geladenen Teilchen des Sonnenwindes auf die Sauerstoff- und Stickstoffatome der Erdatmosphäre treffen. Durch dieses Zusammentreffen beginnen sich die Atome zu ionisieren. Das heißt, ein elektrisch neutrales Atom verliert durch äußere Einflüsse Elektronen. Damit verfügt das Atom über mehr positiv geladene Protonen und wird als positiv geladenes Ion bezeichnet.
Wenn sich dieser Prozess wieder umkehrt, gelangen die Elektronen auf ein höheres Energieniveau. Dadurch beginnen sie Energie in Form von Licht auszusenden. Kurz nachdem die Elektronen das Licht ausgestrahlt haben, fallen sie wieder auf das alte Energieniveau zurück. Allerdings strahlen sie dabei weiter Licht aus, nachdem sie zuvor von diesem angeregt wurden. Dieser Prozess wird auch Fluoreszenz genannt. Dieser Vorgang kann auch beobachtet werden, wenn verschiedene Gesteine nach kurzer Beleuchtung mit Licht anfangen, selbst zu leuchten.
Die Fluoreszenz läuft rasant ab und ist nicht nur bei den Polarlichtern zu finden. Falls Du gerne mehr darüber erfahren willst, schau einfach in unsere Erklärung zur Lumineszenz im Fachbereich Biologie rein! Dort findet Du auch eine anschauliche Erklärung, wie die Fluoreszenz genau abläuft!
Die Eigenschaften der Aurora Borealis und Bilder
Jedes Polarlicht ist in seiner Erscheinung einzigartig. Es müssen bestimmte Voraussetzungen erfüllt sein, damit sich die Lichter in ihren jeweiligen Formen zeigen können. Alle Polarlichter haben dabei drei bestimmte Eigenschaften, nach denen sie sich einteilen lassen können. Helligkeit, Farbe und Formen.
Helligkeit
Das erzeugte Licht der Aurora Borealis ist deutlich schwächer als das Licht der Sonne. Das heißt, Polarlichter sind nur bei ausreichender Dunkelheit und einem möglichst wolkenfreien Himmel sichtbar. Die benötigte Dunkelheit zur Sichtbarkeit der Lichter kann durch das Aufsuchen von Orten erreicht werden, an denen nahezu keine Lichtverschmutzung vorhanden ist.
Die Helligkeit der Polarlichter selbst wird in vier Klassen nach dem International Brightness Coefficent, kurz IBC, unterteilt. IBC I: so hell wie die Milchstraße; IBC II: so hell wie vom Mond beschienene Federwolken; IBC III: so hell wie vom Mond beschienene Haufenwolken; IBC IV: die Aurora Borealis beleuchtet die Landschaft so hell wie der Vollmond.
Farben
Die Farben, in der die Polarlichter strahlen könne, hängt von den Gasen in der Erdatmosphäre ab. Je nach Gasart und Höhe, in welcher sie sich in der Atmosphäre befinden, können sie verschiedenfarbiges Licht abgeben. Am bekanntesten ist das grünliche Licht. Dieses entsteht in einer Höhe von ungefähr 100 Kilometern durch das Sauerstoffmolekül. In einer Höhe von circa 300 Kilometern kann es aber auch rötlich erscheinen.
Bläuliches Licht entsteht durch Stickstoff. Durch die Vermischung der Gase und verschiedener Partikel in großer Höhe können aber auch Farben wie violett und purpurrot entstehen. Ebenso sind rosa und weiße Farben möglich.
Auf dem abgebildeten Foto siehst Du eine Aurora Borealis mit verschiedenen Farben.
Abb. 2 - Polarlichter am Nachthimmel
Formen
Jedes Erscheinen der Polarlichter ist einmalig. Die Formen, in denen sie sich über den Himmel bewegen, verändern sich ständig, sodass man im Laufe einer Nacht einer Vielzahl an Wandlungen beiwohnen kann. Typische Formen sind Bögen, die ruhig über den Himmel schweben. Bei größerer geomagnetischen Aktivitäten entstehen Bänder, die wie Schleifen, Wellen oder Spiralen erscheinen können.
Ebenso kann die Aurora Borealis wie ein Vorhang am Himmel erscheinen oder sich zu Schleier oder Strahlen verformen. Als besonders aufregend wird die Korona betrachtet. Dabei bewegen sich die Lichter direkt über dem Betrachtenden und verändern in einem schnellen Tempo sowohl die Formen als auch die Intensität. Sind die Bedingungen günstig, so können die Polarlichter die ganze Nacht beobachtet werden.
Im folgenden Bild können die verschiedenen Formen der Polarlichter betrachtet werden.
Abb. 3 - Die Formen der Polarlichter
Auftreten der Aurora Borealis – Norwegen, Island …
Der Schwerpunkt des Auftretens der Polarlichter liegt in den Polarregionen. In den nördlichen Breiten werden die Polarlichter aus als Nordlichter oder Aurora Borealis bezeichnet. Am Südpol heißen sie Südlichter oder auch Aurora Australis. Am häufigsten werden die Polarlichter in Ländern wie Norwegen, Island, Finnland, Kanada und Alaska beobachtet.
Die Polarlichter treten nicht nur allein auf der Erde auf, sondern sind auf vielen anderen Planeten im Sonnensystem zu finden. Voraussetzung dafür ist ein eigenes Magnetfeld und eine Atmosphäre auf dem Planeten. Schau doch einfach in unsere Erklärung zu unseren Planeten hinein, wenn Du mehr über sie wissen willst!
Wie oft Polarlichter auftreten, hängt dabei stark von der Sonnenaktivität ab. Die Sonne hat einen Aktivitätszyklus, den sie durchläuft. Dieser wird auch als Sonnenfleckenzyklus bezeichnet. Ein Ablauf dieses Zyklus kann bis zu 11 Jahre dauern. Er beginnt mit einem solaren Minimum, steigt bis auf ein solares Maximum an und fällt schließlich wieder auf ein solares Minimum ab, welches den Zyklus beendet. Wenn die Aktivität das solare Maximum erreicht, treten die meisten Polarlichter auf.
Die Aurora Borealis in Deutschland
Damit Polarlichter in Mitteleuropa und damit auch in Deutschland sichtbar sind, braucht es besonders starke Ausbrüche auf der Sonnenoberfläche. Das letzte Mal als es solch starke Ausbrüche gab, war 2013/14 der Fall. In dieser Zeit können in Deutschland von 10 bis 20 Polarlichterscheinungen beobachtet werden. Dabei sind sie eher im Norden Deutschlands sichtbar und seltener im Süden.
Abb. 4 - Polarlichter über Dassower-See
Aurora Borealis – Vorhersage
Um zu bestimmen, wann Polarlichter auftreten können, wird der sogenannte KP-Wert genutzt. Dieser Wert ist eine Skala, mit derer die geomagnetische Aktivität zwischen 0 und 9 eingestuft wird. Je höher der Wert ist, desto größer ist die Sonnenaktivität. Damit steigt auch die Wahrscheinlichkeit, dass die Polarlichter sichtbar sind.
KP-Werte, die auf einer Stufe von 8 oder höher liegen, kommen selten vor. In Regionen, wie zum Beispiel auf Island, kann es aber auch schon ein Wert von 3 ausreichend sein, um die Lichter mit dem Auge zu erkennen. Die KP-Werte werden im Schnitt für drei Tage vorhergesagt. Sie sind aber keine 100 Prozent genaue Vorhersage und können sich schnell ändern. Generell ist es unmöglich vorherzusagen, ob die Aurora Borealis zu sehen sein wird, oder nicht.
Aurora Borealis – Das Wichtigste
- Borealis kommt aus dem Altlateinischen und hat die Bedeutung "nördlich".
- Die Aurora Borealis wird auch als Polarlicht oder Nordlicht bezeichnet. Am Südpol nennt man sie Aurora Australis oder Südlicht.
- Sie tritt besonders bei starken Sonneneruptionen auf.
- Die Polarlichtsaison ist von Oktober bis März. In dieser Zeit steht die Sonne weniger am Himmel, was die Polarlichter sichtbarer macht.
- Die Aurora Borealis entsteht durch Fluoreszenz. Sie kann verschiedene Formen, Farben und Helligkeitsgrade annehmen.
- Die Polarlichter sind in Deutschland nur selten sichtbar.
- Im Allgemeinen lassen sich die Polarlichter nicht vorhersagen, sondern nur über Wahrscheinlichkeiten berechnen.
Nachweise
- Birgit Schlegel, Kristian Schlegel: Polarlichter zwischen Wunder und Wirklichkeit. Kulturgeschichte und Physik einer Himmelserscheinung. Spektrum (Springer), Heidelberg 2011.
- Syun-Ichi Akasofu: Exploring the Secrets of the Aurora. Springer, Berlin 2007.
- Andreas Pfoser: Polarlichter. (31.05.2022) https://www.auroraborealis.at/polarlichter/
- Abbildung 1: Die Aurora Borealis in Bodö, Norwegen (https://pixabay.com/de/photos/nordlichter-bod%C3%B8-nordland-3861593/) licensed by CC0 (https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/deed.de).
- Abbildung 2: Polarlichter am Nachthimmel (https://pixabay.com/de/photos/galaxis-nordlichter-polarlichter-1192012/) licensed by CC0 (https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/deed.de).
- Abbildung 3: Die Formen der Polarlichter (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Aurora_Borealis_and_Australis_Poster.jpg) by 14jbella (https://en.wikipedia.org/wiki/User:14jbella) licensed by CC BY-SA 1.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/1.0/).
- Abbildung 4: Polarlichter über Dassower-See (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dassower_See_Polarlicht.jpg) by Manuela Bräck (https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Manuela_Br%C3%A4ck) licensed by CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en).
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