LONDON (IT BOLTWISE) – Neue Beobachtungen roter Polarlichter stützen eine gemeinsame Erklärung für rotes und grünes Leuchten. Aus Aufnahmen über Südniedersachsen vom 10. Mai 2024 leiten Forschende ab, dass kontinuierliche Strahlen vom roten Bereich bis ins Grün reichen. Verglichen wurden die Bilder mit Daten zu Sonnenwind und Störungen im Erdmagnetfeld. Zusätzlich rufen die Forschenden zur Citizen-Science-Mithilfe mit Smartphone- und Kamerafotos auf, wobei kurze Belichtungszeiten entscheidend sind.
Wer Polarlichter schon einmal fotografiert hat, kennt die Überraschung: Die Farbe wirkt oft wie ein eigener Effekt, obwohl sie physikalisch an bestimmte Höhen und Prozesse gekoppelt ist. Genau diese Trennung zwischen „rot“ und „grün“ gerät nun ins Wanken. Forschende um Yasuhito Narita von der TU Braunschweig berichten über Beobachtungen, bei denen über einem grünlichen Leuchten ein rötlicher Schimmer auftaucht und nach unten gerichtete, helle Strahlen vom Rot ins Grün fortlaufen. Solche durchgehenden Strukturen sind aus früheren wissenschaftlichen Veröffentlichungen nach Angaben der Arbeit bislang nicht beschrieben worden.
Den Ausgangspunkt lieferten Aufnahmen während einer auffälligen Raumwetterlage. Am 10. Mai 2024 traf ein besonders heftiger Sonnensturm die Erde; in der Mitteilung wird er als zweitstärkster des Weltraumzeitalters (seit 1958) eingeordnet. Mehrere Forschende aus dem Umfeld der TU Braunschweig, des Fraunhofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik IST, der Universität Göttingen und des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung zogen in der Nacht ins Freie. Für Sami K. Solanki, Direktor am Max-Planck-Institut, stand dabei zunächst das Fotografieren im Vordergrund: Über Göttingen seien Polarlichter selten, und „das wollte ich unbedingt fotografieren“. Auch andere Teilnehmende schildern, wie ungewohnt die Farbmuster für sie auf den ersten Blick waren.
Technisch betrachtet geht es bei roten Polarlichtern um eine schwierige Frage: Welche Energieanteile und welche Art von Teilchen liefern dort die Emission? Für grüne Auroren ist der Mechanismus vergleichsweise gut verankert. Schnelle Elektronen aus der Magnetosphäre rasen entlang der Feldlinien und dringen bis in Höhen zwischen 130 und 85 Kilometern vor; dort starten sie eine Kaskade von Stößen, die zuletzt Sauerstoff-Ionen zum grünen Aufleuchten bringen. Rote Auroren entstehen dagegen typischerweise in mittleren Breiten und in Höhen, die in der Quelle mit etwa 800 bis 200 Kilometern angegeben werden. Dass der Auslöser seit Jahren theoretisch diskutiert wird, lag bislang nicht an fehlenden Ideen, sondern an fehlenden Daten: Satelliten kreisen nicht dauerhaft über genau diesen Regionen, in denen rote Strukturen besonders gut beobachtbar sind.
Die neue Auswertung setzt deshalb auf das, was das „Fenster“ der rot-grünen Gleichzeitigkeit ermöglicht: Wenn sich helle Strahlen kontinuierlich von der roten Aurora bis zur grünen Aurora erstrecken, spricht das dafür, dass in beiden Fällen derselbe physikalische Prozess am Werk ist. In der Arbeit wird daraus abgeleitet, dass rote Polarlichter ebenso wie grüne durch herabrasende Elektronen von der Sonne entstehen können. Die Forschenden verglichen die Aufnahmen mit Daten zum Sonnenwind und mit Störungen des Erdmagnetfeldes und ordneten die Lichtsignaturen damit in einen zeitlichen Kontext der Teilchenzufuhr ein. Bruce T. Tsurutani, ehemals Wissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA und Erstautor der Veröffentlichung, nennt als Erkenntnispunkt, dass die Beobachtungen helfen, zu verstehen, wie das rote Leuchten entsteht.
Ein weiterer Teil der Einordnung betrifft die Energieübertragung zwischen Sonne und Erde. Auf einen elfjähren Rhythmus folgend durchläuft die Sonne Phasen mit ruhigerer und wilderer Aktivität; beim Aktivitätsmaximum treten besonders starke Ausbrüche auf. Dabei schleudert der Stern besonders schnelles Sonnenwindplasma samt eingebetteten Magnetfeldern in den Weltraum. Treffen diese auf die Magnetosphäre der Erde, kann es zu magnetischer Rekonnexion kommen, bei der Sonnenwindenergie in die Magnetosphäre übertragen wird. Daraus entsteht eine Kette von Ereignissen, die Polarlichter auslösen kann – teils sogar in mittleren Breiten wie dem Süden von Niedersachsen. In den Angaben heißt es zudem: Seit 2024 seien dort bereits mehrfach Polarlichter beobachtet worden, auch wenn die Sonnenaktivität derzeit wieder abnimmt; gerade in Übergangsphasen sind dann noch immer ungewöhnlich starke Ausbrüche möglich.
Für die Wissenschaft ist diese neue Sichtweise auch aus einem methodischen Grund spannend: Sie öffnet die Tür zu systematischer Datensammlung über Beobachtungsdaten aus der Breite. Die Forschenden setzen deshalb auf Citizen Science und bitten darum, ihnen Fotografien zukünftiger Polarlichter zur Verfügung zu stellen. Wichtig ist vor allem eine vergleichsweise kurze Belichtungszeit von nicht mehr als 6 Sekunden, weil nur so die charakteristischen Strahlen sichtbar bleiben. Wer solche Strukturen aufnimmt, kann damit helfen, weitere Aspekte roter Polarlichter zu verstehen, die sich vermutlich nicht allein aus „typischen“ Langzeitaufnahmen rekonstruieren lassen.
Für Organisationen, die heute in Erdbeobachtung, Weltraumwetter-Analytik oder Sensorik investieren, liegt der Mehrwert weniger in einer spektakulären Farbgeschichte als in der besseren Verknüpfung von Bilddaten mit Teilchen- und Magnetfeldmessungen. Die Studie zeigt, wie sich zeitlich koordinierte Beobachtungen über ungewöhnliche Farbmuster als Randbedingung für Modelle nutzen lassen: erst das Lichtbild, dann die Einordnung über Sonnenwinddaten, schließlich die Ableitung physikalischer Mechanismen. Gleichzeitig verdeutlicht sie, dass die Datenqualität stark von der Beobachtungstechnik abhängt – und dass kurze, gezielte Aufnahmen mit Smartphones oder Kameras ein reales Forschungselement sein können, wenn sie in ein passendes Auswerte- und Vergleichssetup integriert werden.
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