Geheimnisvolles Leuchten Forscher enträtseln Blink-Geheimnis des Polarlichts

Geheimnisvoll leuchtet das Polarlicht in der Erdatmosphäre nahe der Pole. Forscher haben nun einen Mechanismus gefunden, der es zum kosmischen Warnblinklicht macht. Dazu kombinierten sie Beobachtungen am Boden mit Satellitendaten.

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Das Phänomen berauscht eigentlich jeden Beobachter - und ist doch so schwer zu beschreiben. Grün, rot, mitunter auch violett oder blau schimmert es über den Köpfen. Wie kosmische Wasserfälle oder riesige Schleier ziehen Polarlichter hoch im Norden und tief im Süden des Planeten über den Himmel. Verantwortlich dafür sind elektrisch geladene Teilchen des Sonnenwindes, die, eingefangen und beschleunigt vom Magnetfeld der Erde, die Moleküle in den oberen Schichten der Atmosphäre zum Leuchten anregen.

Das scheinbar übersinnliche Wabern hat also eine rationale Erklärung. Doch obwohl die prinzipielle Entstehung der Polarlichter mittlerweile klar ist, stellt die Erscheinung Forscher noch immer vor Rätsel, zumindest im Detail. Eines davon hat eine Wissenschaftlergruppe um Toshi Nishimura von der University of California nun aber lösen können. Es geht um eine bestimmte Form des Himmelsfeuerwerks, die in einem konstanten Rhythmus aufflammt wie eine kosmische Warnblinkanlage. Ähnliche Beobachtungen hatten Forscher kürzlich bei der Saturn-Aurora gemacht.

Verantwortlich für dieses rhythmische Polarlicht ist demnach eine Art von natürlichen Radiowellen, die vor allem auf Höhe des magnetischen Äquators vorkommen. Aber nicht etwa am Boden, sondern hoch über der Oberfläche der Erde. Diese sogenannten "Chorus Waves" in der Magnetosphäre werden von hochenergetischen Elektronen ausgelöst, die - von der Sonne kommend - vom Strahlungsgürtel der Erde eingefangen werden.

Im vergangenen Jahr hatten Forscher im Magazin "Geophysical Research Letters" berichtet, dass die Chorus-Wellen auch noch 45.000 Kilometer von der Erde entfernt nachzuweisen sind. Am Boden lassen sie sich mit Radioempfängern als Knistern und Zwitschern hörbar machen. Nun konnten Nishimura und seine Kollegen im Wissenschaftsmagazin "Science" nachweisen, dass diese Wellen auch das Flackern des Polarlichts steuern.

Pulsierendes Leuchten mit 100 Kilometern Durchmesser

Die Forscher hatten Beobachtungen von der Erde mit Satellitendaten kombiniert - und das lange vermutete Zusammenspiel so erstmals nachweisen können. Während ein Beobachtungsgerät auf Grönland, der sogenannte All Sky Imager in Narsarsuaq, am 15. Januar 2009 ein pulsierendes Leuchten von etwa hundert Kilometern Durchmesser aufzeichnete, machte auch ein Satellit der US-Formation Themis hoch über dem Äquator eine Entdeckung: Die Ausprägung der niedrigfrequenten Chorus-Wellen veränderte sich.

Doch wie beeinflussen nun die elektromagnetischen Wellen am Äquator das himmlische Wabern in den hohen Breiten? Erklären lässt sich das mit den Linien des Magnetfeldes, die um die halbe Erde herum reichen. Nahe der Pole verlaufen sie senkrecht zur Erdoberfläche. Die Teilchen, die auf ihnen reisen, nähern sich so dem Boden - und das kosmische Schauspiel kann beginnen. Wenn die Reiseroute am Äquator beeinflusst wird, ist das deswegen auch Tausende Kilometer weiter im Norden oder im Süden deutlich wahrzunehmen, als Pulsieren des Polarlichts.

"Ich finde, das ist ein schöner Teilerfolg der Polarlichtforschung, weil er zwei Dinge zusammenbringt, die schon lange diskutiert wurden", kommentiert Hans-Ulrich Auster von der Technischen Universität Braunschweig im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE die aktuelle Forschungsarbeit. Der Physiker ist Co-Autor des "Science"-Papers und hat vor allem an der Datenauswertung mitgearbeitet.

Mit eigenen Augen hat Auster noch nie ein Polarlicht beobachten können. Bei der Auswertung der Themis-Daten sieht er freilich immer wieder welche, wenn auch nur am Computer. Die Amerikaner setzen auf die Flotte aus fünf im Jahr 2007 gestarteten Satelliten. Die Europäer wollen dem Flackern mit einer ähnlichen Formation, den alternden Cluster-Satelliten, weitere Geheimnisse entlocken. Auch an dieser Mission ist die Nasa beteiligt. Doch die Solarpaneele der Fluggeräte werden langsam schlapper und die Batterien geben nacheinander den Geist auf.

Auf der norwegischen Insel Spitzbergen, nur gut tausend Kilometer vom Nordpol entfernt, gibt es seit rund drei Jahren außerdem ein neues Nordlichtobservatorium. Vom Boden lassen sich die Erscheinungen natürlich am besten in der Nähe der Pole beobachten. Daher ist die Lage des Kjell Henriksen Observatory ideal. Wichtig ist das vor allem in Zeiten vergleichsweise geringer Sonnenaktivität, wie sie bis jetzt weitgehend andauerte. Denn wenn unsere Sonne ruhig ist, fallen auch die Nordlichter eher sparsam aus. Doch auch dann gibt es sogenannte Substorms - und das Nordlicht beginnt wieder sein - trotz allem - geheimnisvolles Leuchten.



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