Satellitenbeobachtungen Plasmawellen lassen Polarlicht blinken

Dank eines Satelliten haben Forscher das Geheimnis einer Polarlicht-Variante gelüftet. Plasmawellen lassen energiereiche Elektronen in die oberen Atmosphärenschichten regnen - und Menschen am Boden staunen.

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Es ist im wahrsten Sinne ein himmlisches Schauspiel, wenn der Himmel zu leuchten beginnt. Polarlichter entstehen, wenn energiereiche Partikel des Sonnenwinds in die Atmosphäre eindringen und Luftmoleküle zum Leuchten anregen. Das geschieht nahe der Pole am häufigsten, wo die Feldlinien des Erdmagnetfelds steil in Richtung Erde verlaufen. Denn die elektrisch geladenen Elektronen bewegen sich entlang dieser Feldlinien. Gelegentlich sind Polarlichter aber auch in niedrigeren Breiten wie in Deutschland zu sehen.

Neben den oft wabernden roten, grünen und violetten Lichtvorhängen gibt es auch pulsierende Polarlichter in Form flackernder Himmelsareale, die Hunderte Kilometer groß sein können. Sie werden durch einen unregelmäßigen Fluss energiereicher Elektronen in die Erdatmosphäre ausgelöst. Wie das genau geschieht, ließ sich bislang allerdings nicht beobachten.

Ein internationales Forscherteam hat nun die Entstehung der pulsierenden Polarlichter aufgeklärt. Mit Hilfe des japanischen Forschungssatelliten "Arase" konnten die Wissenschaftler um Satoshi Kasahara von der Universität Tokio den komplizierten Tanz der Elektronen, die das farbenprächtige Himmelsspektakel auslösen, erstmals direkt verfolgen. Die im Fachblatt "Nature" veröffentlichte Beobachtung bestätigt eine ältere Theorie.

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Kosmisches Feuerwerk: Geheimnisvolle Polarlichter

Forscher nahmen nämlich bereits seit Längerem an, dass Fluktuationen in der Magnetosphäre, also dem Wirkungsbereich des Erdmagnetfelds, bestimmte Plasmawellen erzeugen. Diese sogenannten "Chorus Waves" können energiereiche Elektronen in die oberen Atmosphärenschichten regnen lassen.

Bisherige Messgeräte konnten die hinabregnenden Elektronen jedoch nicht von anderen Elektronen unterscheiden, wie es von der Universität Tokio heißt. Erst mit einem Spezialdetektor, den das Team von Kasahara für den Satelliten "Arase" entwickelt habe, sei dies nun möglich. Dazu muss sich der Satellit allerdings auf der passenden Feldlinie des Erdmagnetfelds aufhalten.

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Als am 27. März 2017 pulsierende Polarlichter über Kanada aufflammten, hatten die Forscher Erfolg: "Wir haben zum ersten Mal die Streuung von Elektronen durch Chorwellen direkt beobachtet, die einen Teilchenniederschlag in die Erdatmosphäre erzeugt hat", so Kasahara. "Der hinabregnende Elektronenfluss war intensiv genug, um pulsierende Polarlichter zu erzeugen."

Die Korrelation der "Chorus Waves" und Elektronenfluktuationen im Weltall, Zehntausende Kilometer von der Erde entfernt, mit den pulsierenden Polarlichtern in der Erdatmosphäre in Polnähe bestätigte die Modellvorstellungen. Da auch in den Magnetosphären der Riesenplaneten Jupiter und Saturn solche Wellen nachgewiesen wurden, könnten auch dort auf dieselbe Weise Polarlichter entstehen, so die Wissenschaftler. Auch auf Himmelskörpern außerhalb unseres Sonnensystems wurden bereits Polarlichter nachgewiesen.

chs/Till Mundzeck, dpa

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