Über das Polarlicht

Das Nordlicht, auch Aurora borealis genannt, ist ein eindrucksvolles Naturschauspiel in den Polarregionen. lm Königsspiegel der Wikinger aus der Zeit um 1250 wird das Wort "Nordljos" zum erstem Mal benutzt. Für die Wikinger war es eine Art Wegelicht auf dem Weg nach Grönland.

Das Nordlicht entsteht, wenn elektrisch geladene Teilchen von der Sonne in die tieferen Schichten der Atmosphäre der Erde eindringen. Diese Partikel stoßen mit Gasteilchen in den oberen Luftschichten zusammen und lassen das Nordlicht in seiner ganzen Farbenpracht entstehen. Die unterschiedlichen Farben geben darüber Auskunft, welche Partikel an dem Zusammenprall beteiligt sind und welche Temperaturen in der Höhe des Nordlichts herrschen. Zu sehen sind die Polarlichter nur in einem begrenzten, ringförmigen Bereich um die Pole der Erde, was mit dem Aufbau des irdischen Magnetfelds zusammenhängt. Das Nordlicht lässt sich nur bei vollständiger Dunkelheit beobachten, wie sie in Norwegen am Polarkreis in den Wintermonaten von September bis April gegeben ist.

Sonne und Polarlicht

Die Sonne in einem H-Alpha-Amateurteleskop. Bild: Alexander Kerste

Die Oberfläche unserer Sonne besteht aus viele tausend Grad heißen Gasschichten, die durch das komplexe Magnetfeld der Sonne beeinflusst werden. Entlang von Magnetfeldschleifen können sich Gasmassen weit über die Sonnenoberfläche erheben und sogar in das All hinausgeschleudert werden. Nur mit speziellen H-Alpha-Ansätzen (wie sie auch auf unserer Sternwarte vorhanden sind) lassen sich solche Protuberanzen genannten Gasausbrüche neben der gleißend hellen Sonne beobachten. Als „Coronale Masse-Auswürfe“ (CME) können sich diese Gaswolken dann mit Geschwindigkeiten bis 2500 km/s durch das All bewegen und vom Erdmagnetfeld eingefangen werden. Die Aktivität der Sonne unterliegt einem 11-Jahres-Zyklus.

Das Polarlichtoval. Bild: NOAA/SWAA

Wenn die Gaswolke eines koronalen Masseauswurfs (CME) richtig ausgerichtet ist und das Magnetfeld die passende Polung hat, kann sie mit dem Erdmagnetfeld interagieren. Die elektrisch geladenen Teilchen des Sonnenwinds sammeln sich dann in der Neutralen Zone des Erdmagnetfelds an (im Erdschatten auf der sonnenfernen Seite unseres Planeten), bis das Magnetfeld instabil wird und die Teilchen mit hoher Geschwindigkeit entlang der Feldlinien des Erdmagnetfelds beschleunigt werden. Grob vereinfacht gelangen sie dann aus dem Erdschatten über die Cusps genannten Regionen in die Erdatmosphäre, wo sie mit den Molekülen unserer Lufthülle zusammenstoßen und diese zum Leuchten bringen. Das Polarlicht entsteht also nicht direkt durch Teilchen, die von der Sonne zu uns gelangen, vielmehr machen diese einen Umweg und werden zusätzlich beschleunigt.Die geladenen Teilchen treten bevorzugt dort in die Erdatmosphäre ein, wo die Magnetfeldlinien senkrecht auf die Erde treffen – im Polarlichtoval, das sich auf der Nordhalbkugel unter anderem über Nordskandinavien, Island und Teile Nordamerikas erstreckt.

Die Farben des Polarlichts – Geisterhaftes Grün und Rot

Das im hohen Norden häufige grüne Polarlicht, das bei starker Aktivität auch violette Farbsäume zeigt, wenn es auf die dichteren Schichten der Atmosphäre trifft. Bild: Kerste
In höheren Schichten schimmert das Polarlicht rötlich. Bild: Kerste
Farben und Höhen der wichtigsten Stoffe der Aurora. Grafik: Kerste

Das Leuchten des Polarlichts entsteht, wenn Teilchen des Sonnenlichts mit hoher Geschwindigkeit aus Atomen und Molekülen der Erdatmosphäre Elektronen herausschlagen und zum Fluoreszieren bringen – ganz ähnlich wie in einer Neonröhre. Je nachdem, mit welchen Stoffen sie kollidieren, leuchtet das Nordlicht dann rötlich oder grünlich. Das hängt auch davon ab, in welcher Höhe welche Gase am häufigsten vorkommen. Gerade bei schwacher Aktivität sehen wir nur einen schwachen Grauschleier, erst die Kamera zeigt ihn bei längerer Belichtung grün. Bei starker Aktivität sieht auch das bloße Auge die Farben, meist als geisterhaftes Schimmern, in guten Nächten und an dunklen Standorten auch deutlich Grün oder Rot. Je nach Erdmagnetfeld steht es ruhig am Himmel oder tanzt rasch über den gesamten Himmel.

Die Formen des Polarlichts

Weit im Süden sind wir fern vom Polarlichtoval, es erstreckt sich daher für uns als Bogen über den gesamten Horizont. Diese Aufnahme entstand auf der Höhe von Bergen in Norwegen. Bild: Kerste
Wie wir das Polarlicht sehen, hängt sehr von unserem Standort aus. Grafik: A. Kerste

Von Standorten tief im Süden sehen wir unter einem flachen Winkel auf das tausend oder mehr Kilometer entfernte Polarlichtoval, das sich daher wie ein Bogen flach über den Horizont erstreckt. Strukturen lassen sich aus dieser Entfernung nur selten erkennen, meist erscheint es dem Auge als blasser Nebelschleier am Horizont.Bei sehr hoher Aktivität ist dieser Bogen sogar von Deutschland aus zu erkennen: Dann gibt es bereits hoch in der Atmosphäre rotes Polarlicht, das so hoch über Skandinavien steht, dass es trotz der Erdkrümmung aus Norddeutschland und teilweise sogar aus dem Alpenraum zu sehen ist.

Wenn man unter dem Polarlichtoval steht, zeigt sich, dass es aus verschiedenen Bändern bestehen kann. Bild: Kerste
Polarlichtbänder bei Tromsø, Norwegen. Bild: Kerste

Sobald man sich dem Polarlichtoval nähert, ändert sich der Anblick: Beim Blick von unten erkannt man, dass es aus mehreren Bändern bestehen kann. Jedes markiert die Magnetfeldlinien der Erde, die in dieser Region fast senkrecht auf die Erdoberfläche treffen.Häufig stehen diese Bänder fast statisch über dem Himmel oder verändern ihre Form nur im Lauf von Minuten. Wenn das Erdmagnetfeld durch den Sonnenwind dagegen gestört wird und sich wild hin und her bewegt, dann tanzt auch das Nordlicht über den Himmel – ein Tanz, den die Kamera kaum einfangen kann und der den Beobachter in seinen Bann zieht. Kein Wunder, dass man hier einst Zeichen aus dem Jenseits am Himmel erkennen wollte!

Polarlicht direkt über unseren Köpfen: Eine Corona ist die eindrucksvollste Form des Polarlichts. Bild: Volker Lang
Corona bei Tromsø, Norwegen. Bild: Kerste

Eine Explosion aus Licht direkt im Zenit: Das ist die Corona, die eindrucksvollste Form des Polarlichts. Die Feldlinien des Erdmagnetfelds treffen zu beiden Seiten des Beobachters auf die Erdoberfläche, entlang von ihnen trifft der Sonnenwind auf unsere Lufthülle – und das Polarlicht weht wie ein Vorhang in Sekundenbruchteilen über den Himmel, verändert ständig seine Form und schimmert in prächtigen Farben. Das ist die Show, die jeder sehen will und die man nie vergisst. Diese beiden Aufnahmen entstanden in der Barentsee, an der Nordküste von Norwegen.

Um eine Corona zu sehen, benötigt man Geduld: Diese Strukturen treten nicht in jeder Nacht auf, sondern benötigen eine starke Polarlichtaktivität – gepaart mit klarem Himmel, damit man das Polarlicht überhaupt erst einmal sehen kann.

Polarlicht über der Hurtigrute

Polarlicht über dem Hurtigrutenschiff MS Finnmarken. Bild: Lang
Das Hurtigrutenschiff MS Nordkapp in Honningsvåg. Bild: Kerste

Die wohl entspannteste Form der Polarlichtjagd ist mit den Postschiffen der Hurtigrute. Die elftägige Reise von Bergen über Kirkenes zurück nach Bergen entlang der norwegischen Küste ist nicht nur abwechslungsreich, sondern führt auch genau durch das Polarlichtoval. Die Route enthält außerdem keine längeren offenen Seestrecken.

Obwohl es an Bord der Schiffe nie ganz dunkel ist, gibt es doch genügend dunkle Stellen, um das Nordlicht zu beobachten. Die Nordlicht-und-Sterne-Reisen von Hurtigruten Deutschland finden zu besonders geeigneten Terminen statt und werden von Vorträgen begleitet, die Mitarbeiter von Astronomie.de halten. Die Seereise ist optimal, um einmal Norwegen und das Nordlicht kennenzulernen; wer speziell das Nordlicht beobachten und fotografieren will, ist mit einem Aufenthalt an Land und örtlichen Polarlichttouren besser bedient – möglichst mit einem kleinen Anbieter, der mit einer kleinen Gruppe flexibel unterwegs ist und nicht mit einem großen Reisebus.

Polarlicht an Land

Mit dem Auto auf Nordlichtjagd an der finnischen Grenze. Bild: Kerste
Polarlicht hinter Wolken am Kirkjufell in Island. Bild: Kerste

Die meisten Polarlichtbilder sind zwischen zwei und dreißig Sekunden lang belichtet, daher sind ein Stativ und fester Boden für gute Bilder wichtig. Wer in der Polarnacht im Norden Skandinaviens oder auf Island unterwegs ist, wird immer wieder Fotografen am Wegesrand sehen, die auf der Jagd nach dem perfekten Bild sind.An Land gibt es auch die Möglichkeit, den Vordergrund mit ins Bild zu nehmen und so einen Eindruck von der Größe des Polarlichts zu vermitteln.

Dadurch ergeben sich weitere Möglichkeiten zur Bildgestaltung.Dabei ist die Nordlichtjagd kein allzu großes Abenteuer mehr: Es gibt Ferienhäuser, die zum Teil speziell mit der Lage im Polarlichtgürtel werben, und viele örtliche Tourismus-Unternehmen bieten Expeditionen zum Polarlicht an. Dabei geht es mit einem Bus dorthin, wo der Wetterbericht Chancen auf klaren Himmel verspricht, wenn vor Ort Wolken den Blick auf das Geschehen am Himmel versperren. Wer es sich zutraut, kann natürlich auch auf eigene Faust durch die Polarnacht fahren und den perfekten Standort suchen. Zahlreiche Apps und Webseiten sagen die Polarlichtwahrscheinlichkeit für die nächsten Stunden voraus.

Zwischen den Wolken

Mond und Polarlicht hinter Wolken. Bild: Kerste

Mond oder Wolken – solange es keine geschlossene Wolkendecke ist – sind kein Grund, nicht auf Polarlichtjagd zu gehen. Bei diesem Bild gab es eine Wolkenlücke von etwa einer halben Stunde, bevor ein Schneesturm über das Schiff hinweg zog. Aber das war lange genug für eine eindrucksvolle Show, bei der der tiefstehende Mond keineswegs störte.Wer Nordlicht jagt, benötigt Geduld – Die Natur macht, was sie will, und wann sie will.

Zu jeder Zeit

Ein helles Polarlicht in der Abenddämmerung. Bild: Kerste

Etwa gegen 23 Uhr abends – zur „magnetischen Mitternacht“ ist statistisch die beste Zeit für das Polarlicht. Aber das ist nur ein Mittelwert, mit etwas Glück kann man das Polarlicht schon in der Dämmerung erspähen – oder erst in den frühen Morgenstunden. Ein Spektakel kann dabei zwischen wenigen Minuten und mehreren Stunden dauern. Auch ein Polarlicht, das sich lange Zeit kaum verändert hat, kann plötzlich anfangen, über den Himmel zu tanzen.

Rascher Tanz

Wenn der Sonnenwind am irdischen Magnetfeld reißt, fängt das Polarlicht an zu tanzen – schließlich folgt es den irdischen Magnetfeldlinien. Innerhalb von Sekunden kann es dann in Wellen und Bändern über den halben Himmel tanzen. Diese beiden Bilder entstanden im Februar 2017 an Bord des Hurtigrutenschiffs MS Nordkapp im Abstand von nur einer Minute. Die Veränderungen in der Struktur des Nordlichts sind bereits deutlich zu erkennen.

Der Himmel brennt

Ein Himmel voller Licht. Bild: Kerste
Polarlicht über Skjervøy, Norwegen. Bild: Kerste

Wie in der normalen Astronomie auch, wirken Polarlichter von einem dunklen Beobachtungsort aus am eindrucksvollsten – ansonsten gehen sie in der Helligkeit der Straßenlaternen und Leuchtreklamen unter. Sehr starkes Polarlicht kann sich aber auch gegen die Städte durchsetzen und den gesamten Himmel mit grünem und roten Leuchten füllen.

Wie groß der Unterschied ist, merkt man aber erst dann so richtig, wenn die Außenbeleuchtung abgeschaltet wird und nur noch das Nordlicht zu sehen ist. Aus einem netten Polarlicht wird ein grüner Himmel. Denselben Effekt können Sie nachvollziehen, wenn Sie sich einmal den Sternenhimmel in der Stadt und vom dunklen Land aus ansehen – die Lichtkuppeln der Städte machen uns blind für die Nacht. Wer dunken Himmel will, muss heute leider oft weit reisen.

Bögen und Wirbel

Das Polarlicht kann Schleifen und Wirbel ziehen. Bild: Marcus Ehlert
Blick in das Polarlicht. Bild: Ehlert

Kein Polarlicht gleicht dem anderen – das komplizierte und noch immer nicht vollständig geklärte Zusammenspiel von Sonnenwind, Teilchendichte und Magnetfeldern lässt immer wieder neue Strukturen entstehen. Bis heute lässt sich nicht exakt vorhersagen, wo es in einer Nacht Polarlicht geben wird oder wie stark es sein wird. Auch ist Polarlicht nicht gleich Polarlicht – ein schwacher Grauschimmer am Horizont oder ein ruhiges, grünes Band quer über den Himmel sind zwar zweifellos Polarlichter, aber die große Show, die einen in den Bann zieht, gibt es nicht in jeder Nacht. Die Kamera sieht meistens mehr als das bloße Auge, aber in guten Nächten werden die Fotografien sogar übertroffen.

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