37. Woche - Nordlicht über Lappland

 -  Astrofoto der Woche
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Seit langer Zeit erreicht uns wieder einmal ein AdW, das sich thematisch auf das nähere Umfeld der Erde bezieht. Patrick Winkler zeigt uns hier ein wunderschönes Polarlicht-Panorama, aufgenommen in der Nähe von Karesuando (Grenzgebiet zwischen Schweden und Finnland). Die Aufnahme entstand am 2. März 2022 gegen 22:45 Uhr MEZ. Als Kamera diente eine digitale Spiegelreflexkamera der Marke Canon EOS R mit einem weitwinkeligen 18-mm-Objektiv (Zeiss Milvus) bei Blende 2,8. Jede der sechs Einzelaufnahmen wurde 6 Sekunden bei ISO 4000 belichtet.

Unsere Sonne befindet sich nach langer Abstinenz im Aktivitätsanstieg und damit im laufenden Sonnenfleckenzyklus Nr. 25. Wir dürfen gespannt sein, was wir in den nächsten Monaten an weiteren Aktivitäten erwarten können. Mit dem Zustreben zum Aktivitätsmaximum in den nächsten 2 Jahren ist zu hoffen, dass wir in Mitteleuropa und ggf. dann auch in Deutschland wieder Nordlichtaktivitäten bestaunen können.

Bis ins späte 19. Jahrhundert waren viele Wissenschaftler noch davon ausgegangen, dass die Leuchterscheinungen an Wolken, Eiskristallen oder atmosphärischen Gasen reflektiertes Sonnenlicht sei. Erst 1867 erkannte der schwedische Professor Anders Jonas Ångström aus der Spektralanalyse des Polarlichts, dass es sich um selbstleuchtendes Gas handeln muss und kein reflektiertes Sonnenlicht sein kann. Nach heutigem Wissensstand wird von der Sonne nicht nur Licht und Wärme, sondern auch sogenannter Sonnenwind abgestrahlt. Dabei handelt es sich um einen Strom elektrisch geladener Teilchen, in der Hauptsache Protonen (Wasserstoffionen) und Elektronen. Sie werden radial von der Sonne mit stark veränderlichen Geschwindigkeiten in den Weltraum verströmt, in der Regel ca. 300-800 km/s. Für die rund 150 Mio. km bis zur Erde benötigen sie in etwa 100 Stunden. Dabei ist der Teilchenstrom mitunter gewaltig. Stelle man sich ein 1 Quadratzentimeter großes Hindernis in einem Abstand von 50.000 km vor der Erde vor, so würde es in einer Sekunde von mehr als 100 Millionen Teilchen getroffen. Bereits in dieser Entfernung zur Erde erfährt der Sonnenwind den Einfluss des irdischen Magnetfelds. Gäbe es den Sonnenwind nicht, würden die Magnetfeldlinien des Erdmagnetfeldes symmetrisch verlaufen. Dieser drückt jedoch den sonnenzugewandten Teil der Feldlinien zusammen und erzeugt in Pol Nähe beim Vorbeiströmen eine Art sonnenabgewandten Schweif von mehreren Millionen km Länge in den Weltraum hinaus. Man nennt dieses Gebilde nach dem österreichischen Astrophysiker Thomas Gold auch „Magnetosphäre“. Der Sonnenwind umströmt die Magnetosphäre wie Wasser z.B. einen Brückenpfeiler in einem Fluss und wird dabei an der sogenannten Bugstoßwelle abgebremst. Bugstoßwelle deshalb, weil es sich um das gleiche Phänomen handelt wie der Überschallknall, der sich vor dem Bug eines mit Überschall fliegenden Flugkörpers bildet. Ähnlich wie beim irdischen Wind treten oft Windstöße und Böen auf, also Schwankungen in Richtung und Geschwindigkeit. Das führt sinnbildlich zum Bild einer riesigen, flatternden Windfahne in den Weltraum hinein. Bedingt durch komplizierte elektrische Felder werden Elektronen aus einem Teilchenreservoir, Plasmaschicht genannt, zur Erde hin beschleunigt. Sie dringen bei hohen geografischen Breiten (65°-75° Nord oder Süd) in die Atmosphäre ein und regen sie zum Leuchten an. Die aus der Magnetosphäre eindringenden schnellen Elektronen stoßen dabei mit Luftbestandteilen zusammen. Durch diese Stöße werden die Außenelektronen der jeweiligen Luftteilchen angeregt, d.h. ihre Energie wird erhöht. Beim nachfolgenden Zurückkehren der Elektronen in den vorherigen Grundzustand (Rekombination) wird die Anregungsenergie wieder abgegeben und in Form von elektromagnetischen Wellen ausgestrahlt. Das umfasst für das Auge sichtbares Licht, aber auch infrarote und ultraviolette Wellenlängen. Bei den beteiligten Luftbestandteilen handelt es sich um Atome, Moleküle und Ionen, welche in Höhen oberhalb von 100 km vorkommen. Die jeweilige Farbe des Polarlichts hängt vom Stoßpartner ab. Sauerstoffatome z.B. strahlen im sichtbaren Bereich grünes und rotes Licht ab, Stickstoffmoleküle überwiegend blaues und violettes Licht. Das von den Sauerstoffatomen emittierte Licht ist allerdings am stärksten, was auch der Grund ist, warum die meisten Polarlichter häufig grün und rot erscheinen. Form, Farbe und Helligkeit der Polarlichter sind unterschiedlich und lassen sich klassifizieren. Bei ruhigen oder nur wenig gestörten Bedingungen kann man innerhalb des Polarlichtovals z.B. den „ruhigen Polarlichtbogen“ beobachten, welcher den Himmel in ostwestlicher Richtung überspannt und sich manchmal mehrere 10 Minuten lang nicht verändert. Man trifft ihn meist in den Abendstunden an.

Das AdW zeigt teils durch Beulen und Falten verformte Bänder mit senkrecht verlaufenden Strahlen. Insgesamt baut sich ein gespannter Bogen von Ost nach West auf, der vornehmlich im grünen Licht leuchtet. Im linken Bildteil erkennt man die Plejaden und den Andromedanebel, in der Mitte ist hinter dem Polarlichtvorhang die Milchstraße zu sehen. Im linken Bildteil am Horizont erkennt man dabei die hellsten Strukturen. Die Helligkeit von Polarlichtern klassifiziert man nach dem internationalen Helligkeitsstandard „IBC“ (International Brightness Coefficient). IBC I bedeutet einen Helligkeitswert ähnlich der Milchstraße, II wie vom Mond beschienene Cirruswolken, III wie vom Mond beschienene Kumuluswolken und schließlich IV so hell wie der Vollmond. Das grüne Polarlicht erreicht sein Intensitätsmaximum in einer Höhe von 120-140 km, das rote Licht dagegen meist erst oberhalb von 200 km. In der Mitte und an der linken Flanke des Bogens sind ausgeprägte Polarlichtstrahlen sichtbar. Insgesamt zeigt sich der Bogen schon etwas differenziert mit eher ruhigeren Bögen im rechten Teil und einigen helleren Verwirbelungen an der linken Flanke und korrespondiert schon mit einer ansteigenden Polarlichtaktivität, welche zur aktuellen steigenden Aktivität der Sonne passt.

Kurz zur Natur der Polarlichtfarben. Das rote Polarlicht geht auf die Emission des atomaren Sauerstoffs bei 630 nm Wellenlänge zurück. Es entsteht überwiegend in großen Höhen und kommt unterhalb von 150 km Höhe nicht mehr vor. Das grüne Polarlicht hingegen entsteht in den genannten geringen Höhen unterhalb von 150 km. Es ist ebenfalls auf den Sauerstoff zurückzuführen, bei 558 nm Wellenlänge. So sind die beiden Farbzonen auch stets separat in der Atmosphäre gelegen und mischen sich nicht.

Wir danken Patrick Winkler für das imposante Bildergebnis, das er mit den Worten beschrieb: „In dieser Gegend Finnlands ist es normalerweise eher sehr kalt, jedoch war es an diesem Tag aushaltbar (nur -5°C). Jedenfalls tanzten die Polarlichter von Sonnenuntergang bis nach Mitternacht, ein wahrlich eindrucksvolles Schauspiel“, womit man konstatieren darf, dass ein Foto das direkte Erleben sicher nicht zu ersetzen vermag. Dazu jetzt noch unsere Gratulation an Patrick Winkler zum Astrofoto der Woche!

 

Jens Leich
Bildautor: Patrick Winkler

 

 

 

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