Manche Teilchen des Sonnenwinds dringen in die Erdmagnetosphäre ein und schießen dann, in der Plasmaschicht beschleunigt, zurück zu unserem Planeten. (Zum Vergrößern bitte anklicken.) - © Quelle: Nasa
Manche Teilchen des Sonnenwinds dringen in die Erdmagnetosphäre ein und schießen dann, in der Plasmaschicht beschleunigt, zurück zu unserem Planeten. (Zum Vergrößern bitte anklicken.) - © Quelle: Nasa

In der Erzählung "Bergkristall" schildert Adalbert Stifter 1845 das Schicksal  zweier Kinder, die sich in der Heiligen Nacht im Gebirge verirrt haben. Über ihnen erscheint ein zunehmend heller werdender Bogen aus Licht am Sternenzelt: "Auch in andere Gegenden des Himmels sandte er einen Schein, der schimmergrün sachte und lebendig unter die Sterne floss. Dann standen Garben verschiedenen Lichtes auf der Höhe des Bogens wie Zacken einer Krone und brannten."


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Der Österreicher erzählt hier zweifellos von einem Polarlicht – und zwar in jener Gestalt, in der es Bewohnern nördlicher Gefilde vertraut ist. In unseren Breiten zeigt sich das Licht sehr selten und in etwas anderem Gewand. Hier dominiert Rot, nicht Grün. Das belegt auch jene Schilderung, die Maximilian Hell 1777 ans "Wienerische Diarium" schickte; so hieß die "Wiener Zeitung" damals. Der Gründungsdirektor der ersten Wiener Universitätssternwarte schrieb: "Abends gegen halb sieben Uhr bemerkten wir eine neue Röthe am Himmel in der Gegend zwischen Niedergang und Norden; es erschienen einige rötliche, dunkle, vom Horizont bis an den Schweif des Großen Bären hinaufreichende bewegliche Streife, die bald heller, bald dunkler wurden."

Schon Galileo Galilei machte sich Gedanken über dieses Phänomen. Er hielt es 1619 bloß für die Spiegelung von Sonnenstrahlen an hohen Dünsten - und sprach von der "Aurora borealis", der "Morgenröte des Nordens". Im 18. Jahrhundert erzählten Seefahrer wie Antonio de Ulloa oder James Cook von einem ähnlichen Schauspiel auf der Südhemisphäre: In Anlehnung an Galilei taufte man es "Aurora australis". Anders als wir Mitteleuropäer wachsen die Kinder Nordskandinaviens im Schein des Nordlichts auf. Das Schauspiel beginnt dort abends gern mit einem grünlichen Lichtbogen, der sich einer Bücke gleich von Ost nach West übers Firmament spannt. Er teilt sich in zwei oder drei Bänder. Die driften langsam auseinander und formen himmlische Spiralen, die nach den Berggipfeln zu greifen scheinen.

- © Corbis
© Corbis

Die Lichtbänder zerfallen in Heerscharen von feinen, senkrechten Strahlen. Als wollten sie einen Staffellauf proben, leuchten Strahlengarben an manchen Stellen auf, um ihren Glanz beim folgenden Verblassen an ihre Nachbarn weiterzureichen. Es mutet an, als wehte ein Vorhang aus Licht in einem sanften, lautlosen Wind. Die Aurora mag sich nun im Eis widerspiegeln und die schneebedeckte Landschaft in ein unwirkliches Grün tauchen. Sie bewegt sich recht flott, aber nicht so hektisch, wie es die Zeitrafferaufnahmen im TV glauben machen. Die Nordlichtstrahlen schimmern unten grün und sind scharf umrissen; weiter oben wechseln sie in ein verwaschenes Rot. Schweben sie über den Betrachter hinweg, entfaltet sich ein wahrer Fächer aus Licht über ihm. Dieser kann sich zu einem in alle Himmelsrichtungen ausgreifenden Strahlenkranz öffnen. Darin wabern glänzende Flecke. Diese "Nordlichtkrone" ist der Höhepunkt des Lichtertanze.

Göttliche Warnung

Etwas vereinfacht gesagt, erblicken wir Mitteleuropäer im besten Fall den oberen, rötlichen Abschnitt des Spektakels. Deshalb kleidet sich die nördliche Himmelshälfte hier gelegentlich in ein diffuses, leicht pulsierendes Rot mit einzelnen helleren Strahlenbüscheln. Der Tönung wegen glaubten Menschen einst, Gott hätte den Himmel in Brand gesetzt. Ein 1561 in Nürnberg gedrucktes Flugblatt sprach von einem "grausam und erschrecklich Wunderzeychen". Solche Erscheinungen wurden als Mahnung zu Einkehr und Buße verstanden. Kriege, Seuchen und Teuerung sollten folgen, vielleicht sogar das Jüngste Gericht. In Wahrheit ist es freilich die Natur, die Polarlichter ans Sternenzelt zaubert. Sie braucht dazu zweierlei – Magnetismus hier und dort sowie eine äußerst feine Brise Sauerstoff.

Der Tönung wegen glaubten Menschen einst, Gott hätte den Himmel in Brand gesetzt. - © Corbis
Der Tönung wegen glaubten Menschen einst, Gott hätte den Himmel in Brand gesetzt. - © Corbis

Auf der Sonne sorgen lokale Magnetfeldstörungen für das Entstehen der dunklen Flecke. Deren Zahl gilt wiederum als Maß für die Sonnenaktivität, die in einem durchschnittlich elfjährigen Rhythmus schwankt. In Fleckengebieten drängen sich die Feldlinien des Magnetfelds arg zusammen und verstärken ihre Wirkung dadurch. Konfigurieren sie sich plötzlich um, setzt das die Energie von Millionen Wasserstoffbomben frei. Sogenannte "M-Flares" oder "X-Flares" senden dann extrem hohe Strahlungsdosen aus, "CMEs" speien gewaltige Schauer atomarer Teilchen ins All.Atomkerne und Elektronen erfahren dabei eine ungemeine Beschleunigung. Im All laufen diese Teilchen auf den langsamen Sonnenwind auf, der ständig aus der Korona, der ultraheißen Sonnenatmosphäre, bläst. Der gewöhnliche Sonnenwind wird dann in einen wahren Sonnensturm verwandelt. Zielt die Teilchenflut Richtung Erde, trifft sie ein bis drei Tage nach dem Ausbruch hier ein.

Unser Schutzschild

Zum Glück wehrt unsere Erde diesen Angriff tapfer ab, denn sie besitzt – wie jeder Kompassnutzer weiß – ebenfalls ein Magnetfeld. Dessen Feldlinien umspannen eine schützende Blase im All, die Magnetosphäre. Sie wird auf der Tagseite vom Sonnenwind zusammengestaucht, auf der Nachtseite hingegen wie ein Kometenschweif in die Länge gezogen. Geladene Teilchen können nur entlang der Feldlinien reisen, nicht aber quer zu ihnen. Deshalb lenkt die Magnetosphäre den solaren Teilchenstrom großteils um uns herum.

Allerdings sickern auch Partikel ein, vor allem am Rand des Magnetosphärenschweifs.Von elektrischen Feldern wild beschleunigt, hetzen solche Eindringlinge aus dem Inneren des Schweifs schließlich zur Erde. Die Feldlinien des irdischen Magnetfelds lenken sie in Richtung der magnetischen Pole. In einigem Abstand dazu tauchen die flitzenden Elektronen in die Hochatmosphäre ein.In der Ionosphäre stoßen sie mit den äußerst schütter verteilten Atomen des Sauerstoffs zusammen, regen diese zum Leuchten an: in Höhen von gut 400 bis 150 km rot, im Bereich von 250 bis 100 km grün. Besonders energiereiche Elektronen schaffen es noch zehn Kilometer tiefer. Sie ringen Stickstoffmolekülen blaues oder violettes Licht ab. Eigentlich tanzt die Aurora somit im Weltraum, da dieser, je nach Definition, erst 80 oder 100 km über dem Erdboden beginnt.

Das Polarlicht als Überraschungsgast über Wien. - © Pinter
Das Polarlicht als Überraschungsgast über Wien. - © Pinter

Die Internationale Raumstation ISS zieht in knapp 400 km Höhe dahin. Sie schaut auf die grüneAurora herab und schießt mitunter durch Ausläufer der roten hindurch. Manche Astronauten hatten das Gefühl, das Polarlicht fast berühren zu können. Andere wähnten sich "wie in einer Leuchtreklame".

Magnetsturm im Netz

Eine ganze Armada von Satelliten studiert die im Detail äußerst verzwickten Vorgänge in der Magnetosphäre. Bis 2008 hielt ein Nasa-Späher namens "Polar" die Nord und Südlichter gleichzeitig fest. Seine Aufnahmen bestätigten einmal mehr die Existenz von zwei breiten Lichtringen, die sich um die irdischen Magnetpole legen; Österreich trennen grob 2000 km von dem nördlichen Lichtwulst. Nach starken Sonnenstürmen leuchten beide Ringe aber hell auf und schwellen an. Der Rand des nördlichen Gebildes dringt dann gegen Mitteleuropa vor; im Extremfall weit genug, um auch uns einen Blick auf die Aurora borealis zu gestatten.

Artikel erschienen am 21. Dezember 2012 in: "Wiener Zeitung", Beilage "Wiener Journal", S. 7-12.