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Polarlicht

Physik

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Basiswissen · Fakten und Daten zum Polarlicht · Erscheinungsformen · Fußnoten


Basiswissen


Die Sonne stößt ständig eine große Anzahl elektrisch geladener Teilchen, Protonen und Elektronen in den Weltraum aus. Man nennt diese Teilchen zusammen den Sonnenwind. Wo dieser Sonnenwind auf das Magnetfeld der Erde trifft, werden die Teilchen Richtung Nord- und Südpol abgelenkt. Stoßen die Teilchen dann auf die Stickstoff-, Sauerstoff- und Wasserstoffatome der höheren Atmosphäre, werden diese Atome durch Stöße angeregt. Beim Zurückfallen in den Grundzustand geben die Atome dabei ein Photon, also ein Lichtteilchen ab. Die Menge aller dieser Lichtteilchen ergibt dann ein Polarlicht.



Bildbeschreibung und Urheberrecht
Polarlichter am Nordpolarkreis: sie werden von geladenen Teilchen aus dem Weltall erzeugt, wenn sie ins Erdmagnetfeld eintreten. © NASA ☛


Fakten und Daten zum Polarlicht


  • Besonders häufig in 20° bis 25° Winkelabstand von den erdmagnetischen Polen[3]
  • Polarlichter könne einige Stunden lang auftreten, intensiv beobachtbar aber oft nur wenige Minuten.[3]
  • Grün 557,7 nm[3][6] Neutraler atomarer Sauerstoff[7]
  • Rot 630,0 nm[3][6] Neutraler atomarer Sauerstoff[7]
  • Rot 636,4 nm[3][6] Neutraler atomarer Sauerstoff[7]
  • Rot 661-686[3][6] nm Neutraler molekularer Stickstoff[7]
  • Tiefrot 727-750 nm[3][6] Neutraler molekularer Stickstoff[7]
  • Violett 391,4 nm[3][6] Ionisierter molekularer Stickstoff[7]
  • Blau 427,8 nm[3][6] Ionisierter molekularer Stickstoff[7]

Erscheinungsformen


  • Ost-West-orientierte Bögen (100-1000 km lang, 10-50 km breit), stabil, vorwiegend am Abend[6]
  • S-förmige Verformung von Bögen, oft mit helleren Strahlen, wechselnde Intensität, meist morgens[6]
  • Strahlenartig, von einem Punkt ausgehende Korona[6]
  • Gleich hellen Strahlen, 100 m dick und 100 km hoch, durchscheinend und sich schnell bewegend bilde einen Vorhang[6]

Fußnoten


  • [1] 1905: "Polarlicht (hierzu Tafel »Polarlichter I u. II«), eine Lichterscheinung des Himmels, die sich in ihrer vollsten Pracht in den Polarländern (Nordlicht [Aurora borealis] und Südlicht [Aurora australis, Australlicht]) zeigt, aber auch zuweilen in unsern Breiten gesehen wird. Die Polarlichter treten unter sehr verschiedenen Formen auf." Es folgt ein sehr ausführliche Beschreibung des Phänomens. In: Meyers Großes Konversations-Lexikon, Band 16. Leipzig 1908, S. 81-84. Online: http://www.zeno.org/nid/2000726853X
  • [2] 1920: Polarlicht. Die von der Sonne entsandten Kathodenstrahlen werden im magnetischen Erdfelde zu Zonen größter Häufigkeit, die die magnetischen Pole der Erde in etwa 30° Winkelabstand umgeben (rechnerisch nachgewiesen durch Störmer), zusammengedrängt in bezug auf die magnetische Breite und zugleich, da sie Teilchen verschiedener Geschwindigkeit enthalten, durch die Kraftlinien der Erde im magnetischen Spektrum entfaltet, in bezug auf die magnetische Länge. Die langsamsten Kathodenteilchen werden am stärksten, die raschesten am wenigsten abgelenkt. Infolge der Bremsung beim Aufprall auf die Atmosphäre der Erde gerät das von den Teilchen getroffene Gas ins Leuchten. Dieses Leuchten heißt Polarlicht. Die Hauptlinie im Spektrum des Polarlichts, die grüne Linie (557 μμ), die > 90% der Gesamthelligkeit ausmacht, ist durch Stark (Phys. Zeitschr. 1917) als eine bisher unbekannte Stickstofflinie bei besonderer elektrischer Entladungsform gefunden. Photogrammetrische Höhenmessungen (Birkeland, Störmer, Kurt Wegener und Robitzsch) zeigten, daß das Polarlicht im wesentlichen in der theoretisch errechneten Wasserstoffhülle der Erde (70–250 km Höhe) leuchtet. Das Spektrum zeigt daher stets auch Linien des Wasserstoffs. Nur ein Teil der Strahlen dringt bis in die Stickstoffhülle der Erde ein. Steil, ungefähr in der Richtung der magnetischen Kraftlinien einfallende, also stark abgelenkte, langsame Teilchen bilden Draperien und Einzelstrahlen, die bei etwa 250 km Höhe zu leuchten beginnen und bis rund 70 km hinabstoßen; diese sind veränderlich und räumlich beschränkt. Stoßen sie rings um den Beobachter herab, so erscheinen sie als »Krone«. Flach einfallende Strahlen, die hohe Geschwindigkeit besitzen, bilden »Bänder« von 20 km Breite, 50 km Dicke und oft mehr als 2000 km Länge. Sie liegen in der Richtung der magnetischen Breitengrade in der maximalen Zone. Die Kathodenstrahlen sind allgemein die Ursache magnetischer Störungen. Nur ein Teil von ihnen gelangt als Polarlicht zur Beobachtung; nämlich nur die, die auf beschattete Teile der Erde abgelenkt werden und in die Atmosphäre der Erde überhaupt hineingelangen. Das Aufleuchten des Polarlichts in der Dunkelheit und der Kontrast zu dieser führt zu Farbentäuschungen des Auges." Es folgen dann noch Hinweise zu geeigneter Literatur. Verfasst von Kurt Wegener. In: Lueger, Otto: Lexikon der gesamten Technik und ihrer Hilfswissenschaften, Bd. 1 Stuttgart, Leipzig 1920., S. 515-516. Online: http://www.zeno.org/nid/20006176658
  • [4] "Polarlicht, Nordlicht, Südlicht, Aurora, optische Erscheinung in der Atmosphäre, die entsteht, wenn hochenergetische Teilchen (im wesentlichen Elektronen) in die polare Ionosphäre einfallen und dort Atome, Moleküle oder Ionen zum Leuchten anregen oder ionisieren." In: der Artikel "Polarlicht". Spektrum Lexikon der Physik. 6. Februar 2025. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/physik/polarlicht/11480
  • [5] Die blauen Stickstoffbänder solle durch Ionisation zustande kommen: "... während angeregte ionisierte Stickstoffmoleküle blaue P. bei 391,4 und 427,8 nm Wellenlänge hervorrufen." In: Der Artikel "Polarlicht". Spektrum Lexikon der Optik. Stand 6. Februar 2025. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/optik/polarlicht/2632
  • [6] "Die intensivsten Linien sind die des atomaren Sauerstoffs (557,7 nm, grün; 630,0 und 636,4 nm, rot) und des einfach ionisierten Stickstoffs [...] (427,0 und 470 nm)." In: Spektrum Lexikon der Physik. 6. Februar 2025. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/physik/polarlicht/11480