Wie entstehen Polarlichter? Sonnenwind, Magnetfeld und Farben erklärt
Polarlichter gehören zu den beeindruckendsten Naturphänomenen überhaupt. Wer sie einmal gesehen hat – ob in Nordnorwegen, Island oder Kanada – vergisst diesen Anblick kaum. Doch was steckt hinter diesem Leuchten am Himmel? Die Antwort liegt in einem komplexen Zusammenspiel zwischen Sonne, Erde und ihrer Atmosphäre.
Der Ausgangspunkt: die Sonne
Alles beginnt auf der Sonne. Sie ist kein ruhender Feuerball, sondern ein hochaktiver Stern, der ständig geladene Teilchen in den Weltraum schleudert. Diesen kontinuierlichen Strom aus Elektronen und Protonen nennt man Sonnenwind.
Besonders intensiv wird dieser Teilchenstrom bei sogenannten Sonneneruptionen oder koronalen Massenauswürfen – kurz CME. Dabei werden innerhalb von Minuten gewaltige Mengen an Plasma freigesetzt, die sich mit Millionen von Kilometern pro Stunde durch das Sonnensystem bewegen. Trifft so eine Wolke aus geladenen Teilchen auf die Erde, kommt es häufig zu besonders starken Polarlichterscheinungen.
Das Magnetfeld der Erde als Schutzschild
Die Erde ist von einem unsichtbaren Magnetfeld umgeben, der sogenannten Magnetosphäre. Dieses Feld entsteht durch Strömungen im flüssigen Eisenkern der Erde und wirkt wie ein riesiges Schutzschild. Es lenkt den Großteil des Sonnenwindes um unseren Planeten herum.
Ohne diesen natürlichen Schutz wäre Leben auf der Erdoberfläche kaum möglich – die energiereiche Strahlung würde Lebewesen und Atmosphäre erheblich schädigen.
An den magnetischen Polen jedoch bündeln sich die Feldlinien und tauchen tief in die Atmosphäre ein. Genau hier können geladene Teilchen des Sonnenwindes entlang dieser Feldlinien eindringen, anstatt abgelenkt zu werden.
Was passiert in der Atmosphäre?
Wenn die einströmenden Elektronen und Protonen auf die Gasmoleküle der oberen Erdatmosphäre – vor allem Sauerstoff und Stickstoff – treffen, übertragen sie ihre Energie auf diese Teilchen. Die angeregten Gasmoleküle geben diese Energie anschließend in Form von Licht wieder ab.
Dieser Vorgang ist im Prinzip mit dem einer Leuchtstoffröhre vergleichbar: Elektrische Energie regt Gas an, das daraufhin leuchtet. In der Atmosphäre geschieht dasselbe – nur in gigantischem Maßstab und in Höhen zwischen etwa 100 und 300 Kilometern über der Erdoberfläche.
Warum leuchten Polarlichter in verschiedenen Farben?
Die Farbe eines Polarlichts hängt davon ab, welches Gasatom oder -molekül angeregt wird und in welcher Höhe das geschieht.
- Grün ist die häufigste Farbe. Sie entsteht, wenn Elektronen auf Sauerstoffatome in Höhen zwischen etwa 100 und 150 Kilometern treffen.
- Rot erscheint in größeren Höhen ab etwa 200 Kilometern, wo Sauerstoff in deutlich geringerer Dichte vorkommt. Rote Polarlichter sind seltener und oft besonders intensiv.
- Blau und Violett entstehen durch angeregte Stickstoffmoleküle, typischerweise in niedrigeren Schichten der Atmosphäre.
- Rosa und Weiß sind Mischfarben, die entstehen, wenn mehrere Gase gleichzeitig angeregt werden.
Die konkreten Farben sind also kein Zufall, sondern ein direktes Abbild der chemischen und physikalischen Vorgänge in der Atmosphäre.
Polarlicht im Norden und im Süden
Das Phänomen tritt an beiden magnetischen Polen der Erde auf. Im Norden spricht man von Aurora borealis, im Süden von Aurora australis. Der Begriff „Aurora“ geht auf die römische Göttin der Morgenröte zurück.
Beide Erscheinungen entstehen auf identische Weise. Da die Südhalbkugel im betroffenen Bereich weniger bewohntes Land bietet, sind Polarlichter dort deutlich seltener zu beobachten – sie existieren aber genauso.
Wann und wo lassen sich Polarlichter beobachten?
Am zuverlässigsten sind Polarlichter in einer Region sichtbar, die man als „Auroral Zone“ bezeichnet. Sie verläuft ringförmig um die magnetischen Pole, also über Nordnorwegen, Island, Nordschweden, Finnland, Alaska und Kanada.
Grundsätzlich gilt: Je dunkler der Himmel und je näher am Pol, desto besser die Chancen. Mondlicht und Lichtverschmutzung reduzieren die Sichtbarkeit erheblich. Die Wintermonate bieten in diesen Regionen die längsten Nächte und damit die günstigsten Bedingungen.
Bei sehr starken geomagnetischen Stürmen – wenn der Sonnenwind besonders intensiv ist – können Polarlichter jedoch auch deutlich weiter südlich beobachtet werden. In den letzten Jahren wurden sie vereinzelt sogar über Mitteleuropa und Deutschland gesichtet, was jeweils großes öffentliches Interesse ausgelöst hat.
Wie wird Polarlichtaktivität vorhergesagt?
Wissenschaftliche Einrichtungen und Raumfahrtbehörden beobachten die Sonnenaktivität kontinuierlich. Ein wichtiger Messwert ist der sogenannte Kp-Index, der die Intensität geomagnetischer Störungen auf einer Skala von 0 bis 9 beschreibt. Ab einem Kp-Wert von etwa 5 werden Polarlichter auch in niedrigeren Breiten wahrscheinlicher.
Entsprechende Vorhersagen werden von verschiedenen meteorologischen und astrophysikalischen Diensten veröffentlicht. Wer auf eine Beobachtung hofft, sollte die tagesaktuellen Werte im Blick behalten, da sich die Bedingungen kurzfristig ändern können.
Fazit
Polarlichter sind kein Zaubertrick der Natur, sondern das sichtbare Ergebnis einer langen Kette physikalischer Vorgänge: Sonnenaktivität, Magnetfeld, Atmosphäre und die Eigenschaften verschiedener Gase spielen dabei zusammen. Was am Nachthimmel wie ein fließendes Lichtvorhang aussieht, ist in Wirklichkeit ein hochenergetischer Prozess in Hunderten von Kilometern Höhe – und einer der eindrücklichsten Belege dafür, wie lebendig unser Sonnensystem ist.
