GÖTTINGEN / LONDON (IT BOLTWISE) – Am 10. Mai 2024 erreichte ein G5-Sonnensturm Deutschland und färbte den Nachthimmel deutlich. Forschende aus Braunschweig und Göttingen fanden in Aufnahmen ein zuvor unbeschriebenes Muster: rote und grüne Aurora-Strukturen hängen über durchgehende, nach unten weisende Strahlen optisch zusammen. Die Auswertung deutet darauf hin, dass für Rot und Grün weitgehend derselbe physikalische Prozess verantwortlich ist. Die Ergebnisse liefern zudem neue Hinweise, welche Mechanismen eher nicht passen und warum weitere Beobachtungen wichtig bleiben.
In der Nacht zum 11. Mai 2024 war der Himmel über Deutschland nicht nur spektakulär, sondern auch wissenschaftlich interessant. Ein besonders heftiger Sonnensturm traf die Erde und löste ein geomagnetisches Ereignis der höchsten Kategorie G5 aus. Solche Situationen verschieben die Sichtbarkeit von Polarlichtern in mittlere Breiten und machen damit Messungen möglich, die sonst selten stattfinden. Dass dabei genau über Niedersachsen neue Strukturen fotografiert wurden, hängt auch damit zusammen, dass mehrere Forschende aus Braunschweig und Göttingen die Gelegenheit genutzt haben, das seltene Schauspiel mit Kameras festzuhalten.
Entscheidend wurde später weniger das Gesamtleuchten, sondern die Detailstruktur. Bei der Auswertung der Bilder stieß ein Team um Erstautor Bruce T. Tsurutani und Koordinator Yasuhito Narita (TU Braunschweig) auf einen auffälligen Befund: Über dem erdnahen grünen Leuchten zeigte sich ein rötlicher Schimmer, und die hellen, nach unten weisenden Strahlen setzten sich ohne sichtbare Brüche vom roten in den grünen Bereich fort. In der Systematik der Polarlicht-Forschung ist das mehr als eine Bildbeschreibung, weil es eine direkte Spur zum zugrundeliegenden Mechanismus liefert. Tsurutani betont, dass der Zusammenhang in dieser Form bislang in keiner wissenschaftlichen Veröffentlichung beschrieben war und die Beobachtungen geholfen haben, das rote Leuchten besser einzuordnen.
Physikalisch ist der Vergleich zwischen Rot und Grün zentral, weil beide Farben oft mit unterschiedlichen Höhen und damit mit unterschiedlichen Anregungsbedingungen in Verbindung gebracht werden. Rote Polarlichter entstehen bei starken Sonnenstürmen typischerweise in Höhen von etwa 200 bis 800 Kilometern, doch gerade dort sind direkte Messungen extrem schwierig. Die Konsequenz: Theorien konnten lange nur begrenzt experimentell geprüft werden. Für grüne Polarlichter ist der Mechanismus dagegen besser etabliert, weil schnelle Elektronen aus der Magnetosphäre entlang von Magnetfeldlinien in die Atmosphäre eindringen und in Höhen von etwa 85 bis 130 Kilometern Sauerstoffatome zum Leuchten anregen. Die neuen durchgehenden Strahlen sprechen nun dafür, dass Rot und Grün nicht nur nebeneinander auftreten, sondern zumindest teilweise denselben Prozess abbilden.
Eine weitere Verschiebung im Verständnis betrifft die Frage, was als Ursache für die beobachteten Strukturen eher ausscheidet. Die Studie, die in der Fachzeitschrift Annales Geophysicae veröffentlicht wurde, schließt ausdrücklich eine ältere Lehrmeinung aus: Reine Wärmeleitung beziehungsweise Coulomb-Kollisionen entlang der Magnetfeldlinien sollen als Ursache für diese spezifischen Strahlen nicht infrage kommen. Als Haupttreiber gelten stattdessen herabstürzende, hochenergetische Elektronen. Solche Elektronen verändern die Anregungsbedingungen entlang ihrer Bahn in der Atmosphäre deutlich stärker, als es rein „passive“ Energietransferprozesse erklären würden. Gerade die sichtbare Kontinuität der Strahlen wirkt damit wie ein optischer Integrationsbeweis für eine aktivere Rolle der Elektronen.
Dass Polarlichter dabei nicht immer gleich aussehen, zeigt eine zweite Beobachtung aus Göttingen, aufgenommen um 19:43 Uhr. Dieses weitere Foto offenbarte rotes und grünes Leuchten getrennt voneinander, ohne vertikale Strahlen, die sich durch beide Farbbereiche hindurch fortsetzen. Für die Interpretation ist das wichtig, weil es gegen ein einzelnes „Standardbild“ spricht und stattdessen nahelegt, dass es möglicherweise verschiedene Arten roter Polarlichter gibt. Für künftige Untersuchungen formulieren die Forschenden daher einen konkreten Bedarf: weitere Aufnahmen zukünftiger Polarlichter, die helfen, die Bedingungen zu unterscheiden, unter denen durchgehende Strukturen entstehen.
Damit rückt auch die Rolle von Amateur- und Citizen-Science-Beobachtungen in den Fokus. Narita verweist darauf, dass Menschen mit Smartphone oder Kamera einen Beitrag leisten können, weil die Dichte an Standorten und Zeitstempeln die Datenbasis erweitert. Für die wissenschaftliche Auswertung ist dabei eine pragmatische technische Stellschraube entscheidend: Eine Belichtungszeit von höchstens sechs Sekunden, damit feine Strukturen nicht verwischen. Damit wird aus einem „Himmel-Foto“ ein verwertbares Messsignal im Kontext der Aurora-Forschung. Unterm Strich zeigen die Ereignisse vom Mai 2024, dass moderne Bildaufnahme und systematische Auswertung gemeinsam neue Muster sichtbar machen können – und dass gerade die Physik der roten Polarlichter noch lange nicht vollständig verstanden ist.
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