Forscher lösen Rätsel der Polarlicht-Entstehung

Polarlichter faszinieren Menschen seit Jahrtausenden und stellten auch Wissenschaftler vor Rätsel - bis jetzt. Forscher haben nun herausgefunden, wie genau die atemberaubenden Himmelserscheinungen entstehen. Moderne Satelliten-Messungen haben ihnen dabei geholfen.

Polarllichter sind schön, aber nicht nur für alles und jeden. Die bunten Erscheinungen, die zu den seltensten und spektakulärsten Himmelsphänomenen gehören, sind auch Boten von Ungemach. Denn sie künden von teils massiven Ausbrüchen auf der Oberfläche der Sonne: Das Zentralgestirn schleudert Ströme von geladenen Teilchen von sich, die mit mehr als 1,5 Millionen Kilometern pro Stunde auf das Erdmagnetfeld treffen und es zur Form eines Windsacks verbiegen. Schnelle Elektronen regnen bis auf die oberen Schichten der Erdatmosphäre hinab. Dort lassen sie nicht nur den Himmel aufleuchten, sondern stellen auch eine Gefahr für Satelliten, Kommunikations- und Stromnetze dar.

Nicht nur große Sonnenstürme können Polarlichter auslösen, sondern auch kleinere Ereignisse - die sogenannten Substürme. Zu ihrer Entstehung existierten 30 Jahre lang zwei unterschiedliche Theorien. Eine besagt, dass relativ nahe an der Erde - etwa bei einem Sechstel der Entfernung zum Mond - große Spannungen im Partikelstrom zwischen Sonne und Erde entstehen. Hin und wieder treten Instabilitäten auf, die zu explosiven Entladungen führen und so zur Bildung von Polarlichtern führen.

Laut der zweiten Theorie liegt der Auslöser weiter von der Erde entfernt, bei etwa einem Drittel der Entfernung zum Mond. In diesem Szenario nähern sich zwei magnetische Feldlinien an, während sie Energie von der Sonne aufnehmen. Wenn sie eine bestimmte Mindestentfernung unterschreiten, verbinden sie sich. Magnetische Energie wird in Wärme und Bewegungsenergie umgewandelt - das Plasma von der Sonne wird beschleunigt und produziert schnelle Elektronen, die dann die Polarlichter tanzen lassen.

Bessere Weltraumwetter-Vorhersagen

Jetzt haben Wissenschaftler nach eigenen Angaben die Frage, welche der beiden Theorien richtig ist, beantwortet: "Unsere Daten zeigen eindeutig, dass die magnetische Verbindung der Auslöser ist", sagte Vassilis Angelopoulos von der University of California in Los Angeles. Dabei würden Wellen und Plasma wie mit einer Steinschleuder an den magnetischen Feldlinien entlang katapultiert. "Sie lassen die Polarlichter aufleuchten, bevor das Umfeld der Erde eine Chance hat, zu reagieren." Satellitenmessungen im Rahmen des Nasa-Experiments "Themis" (kurz für "Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms"), dessen Chefwissenschaftler Angelopoulos ist, hätten den Beweis erbracht.

Von den neuen Erkenntnissen erhoffen sich die Forscher bessere Weltraumwetter-Vorhersagen. Denn die Substürme setzen gewaltige Energien frei: Stromstärken von einer bis zwei Millionen Ampere, die bis zu zwei Stunden anhalten, sind keine Seltenheit. Laut Angelopoulos entspricht das in etwa der Energie eines Erdbebens der Stärke 5 bis 6 auf der Richterskala.

Um diese Energie-Entladungen besser vorhersagen zu können, muss man die Bedingungen für ihre Entstehung verstehen, sagt Angelopoulos. "Damit Astronauten in ihren Raumschiffen rechtzeitig Schutz suchen und damit wir wichtige Systeme an Bord von Satelliten abschalten können, ehe sie Schaden nehmen", so der Forscher. Bisher sei das schwierig gewesen, da das Plasma nur an einzelnen Stellen gemessen wurde und die Ursache der Substürme so nicht geklärt werden konnte. Die fünf "Themis"-Satelliten, die im Februar 2007 ins All geschossen wurden, haben nun an mehreren Stellen gleichzeitig Daten gesammelt und konnten so das Rätsel der Polarlichter lösen.