Die Feriensaison steht vor der Tür und viele Leute zieht es in den Norden zu den Polarlichtern. Was man vor allem in der Nacht sieht, hat mit der Sonne zu tun. Der Wetterfrosch erklärt, wie Energiereste der Sonne dieses Phänomen verursachen.
Auf Reisen in den hohen Norden kann man plötzlich in der Nacht erleben, dass sich der Himmel mit grünen, roten, violetten und blauen wolkenartigen Gebilden verfärbt. Die Reiseleiter erklären dann, dass es sich bei diesen Verfärbungen um ein Polarlichtleuchten handelt.
Gottes Strafgericht?
Früher bekam man Ängste beim Anblick dieser ungewöhnlichen Farben mitten in der Nacht. Die Menschen wurden in Angst und Schrecken versetzt. Diese Lichterscheinungen wurden häufig als Zeichen Gottes gedeutet, das die Menschheit zur Busse ermahnen sollte und Gottes Strafgericht ankündigte. Heute weiss man, dass dieses Polarlichtleuchten mit einer starken Aktivität der Sonne zusammenhängt. Man kann es mit physikalischen Vorgängen erklären.
Unsere Sonne ist, als zentraler Stern, Mittelpunkt unseres Planetensystems. Sie scheint gerade in diesem Jahr wieder einmal äusserst aktiv zu sein. Die NASA, die Nationale Aeronautik- und Raumfahrtbehörde der USA, bestätigt das mit Publikationen. Sie veröffentlichten dazu Bilder ihrer Sonnenbeobachtungssatelliten. Diese enthüllen, dass zurzeit auf der Sonnenoberfläche, entgegen den Erwartungen, gewaltige Ausbrüche von Plasma-Material in den Weltraum hinaus stattfinden. Man nennt diese Ausbrüche «Flares».
Quelle Nasa
Sonne unter Druck
Die Sonne können wir mit einer riesigen Gaskugel vergleichen, die einen Durchmesser von nahezu 1,4 Millionen Kilometern aufweist. Sie ist damit rund 110-mal grösser als die Erde und besteht zu 75 Prozent aus Wasserstoff (H2). Der Wasserstoff, das kleinste aller Moleküle, ist im Innern der Sonne Temperaturen von circa 15 Millionen Grad und unvorstellbaren Drücken von circa 200 Milliarden Bar unterworfen. Es ist also nicht verwunderlich, dass bei solchen extremen Bedingungen ausserordentliche physikalische Abläufe stattfinden, die man bisher auf unserer Erde nicht gekannt hat.
Enorme Energie
Was passiert eigentlich in dieser Gaskugel? Die negativ geladenen Elektronen in den Wasserstoffhüllen und die positiv geladenen Protonen in den Wasserstoffkernen können sich unter diesen extremen Temperaturen und Drücken nicht mehr gegenseitig orientieren. Sie liegen als sogenannte Plasma-Masse vor, die eine Fusion, ein Zusammenschmelzen der Wasserstoffkerne, möglich macht.
Noch nicht kopierbar
Bei solchen Kernfusionen werden enorme Energien frei, die unsere Sonne in Form von hellen Strahlen in den Weltraum hinaus abstrahlt. Die Sonne ist also ein richtiger Kernfusionsreaktor. Diese Vorgänge der Verschmelzung von Wasserstoffkernen auf der Sonne wollen Forscher schon seit Jahren auch auf unserer Erde nachahmen, im Wissen, wenn das je einmal gelingen sollte, wären alle Energieprobleme auf der Erde gelöst. Leider gibt es bis heute noch kein Material, dass diese hohen Temperaturen und Drücke aushalten könnte.
Ins All hinaus
Wenn man Wasser in einem Topf erhitzt, dann steigen in der Nähe des Siedepunktes Wasserblasen an die Oberfläche. Genau das Gleiche passiert auch mit den Plasma-Blasen im Innern der Sonne, auch diese steigen an die Sonnenoberfläche. Je nach Geschwindigkeit der Plasma-Blasen können diese die Oberfläche überschiessen und als «Sonnenwind» in den Weltraum hinaustreten (siehe Bild der austretenden Plasmamasse). Die Plasmamasse besteht zur Hauptsache aus positiv geladenen Protonen und negativ geladenen Elektronen.
Quelle Nasa
In Richtung Erde erreicht der Sonnenwind nach einer gewissen Zeit das Magnetfeld der Erde. Man bezeichnet dieses äusserste Raumgebiet der Erde als Magnetosphäre. Die geladenen Partikel werden durch das starke Magnetfeld der Erde abgefangen und den Magnetfeldlinien entlang abgelenkt. Wenn die Erde kein Magnetfeld hätte, kämen diese geladenen Teilchen der Sonne direkt auf die Erdoberfläche und würden hier alles Leben zerstören.
Energiegeladene Luft
Bei der grossen Geschwindigkeit der Plasmamasse im Sonnenwind gibt es aber doch noch einen kleinen Teil von Protonen und Elektronen, die in die Erdatmosphäre eintauchen können. Dort treffen sie in den äussersten Schichten, etwa 100 bis 200 Kilometer über der Erde, auf Stickstoff- und Sauerstoff-Moleküle. Unsere Lufthülle rund um die Erde besteht ja bekanntlich aus 78 Prozent Stickstoff, 21 Prozent Sauerstoff und circa 1 Prozent Spurengasen.
Die Luftmoleküle werden nun, durch die energiereichen Partikel des Sonnenwindes, mit übermässig viel Energie beladen. Sie werden dabei aus ihrem Grundzustand, ihrem Gleichgewicht, in einen angeregten Zustand katapultiert.
Das ist für diese Luftmoleküle sehr unbequem und sie trachten danach, diese Last schnell wieder loszuwerden. Die Sauerstoffmoleküle strahlen ihre überschüssige Energie in Form von grünem (Wellenlänge 557 nm) und rotem Licht (Wellenlänge 630 nm) ab, was in einem grünen oder roten Polarlicht erkennbar ist. Die Stickstoffmoleküle streifen ihre überschüssige Energie in Form von blauem bis violettem Licht in einem breiten Wellenlängenbereich ab, was man als blaues oder violettes Polarlicht wahrnimmt. Diese Abstrahlung von überschüssiger Energie der Luftmoleküle in Form von Licht nennt man Emission.
Markus Sallin/zvg
Bis zum Alpenraum
Bei sehr starken Sonnenausbrüchen («Flares») kann manchmal ein Polarlichtleuchten so intensiv sein, dass man es nicht nur in polaren Gebieten, ab 60 bis 75 Grad nördliche Breite, sieht. Es kann bis in den Alpenraum (circa 46 Grad nördliche Breite) und sogar südlich davon sichtbar werden.
Diese Farbenpracht mitten in der Nacht verursacht auch heute noch Staunen und Respekt vor den Erscheinungen der Natur. Daher erfreuen sich Polarlicht-Reisen nach wie vor grosser Beliebtheit.
Archivbild Aldo Ellena
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