GÖTTINGEN / LONDON (IT BOLTWISE) – Ein Sonnensturm im Mai 2024 lieferte über Deutschland ein ungewöhnliches Bild: rote Polarlichter zogen über erdnahe grüne Leuchten hinweg. Forschende aus Göttingen, Braunschweig und von weiteren Instituten beschreiben auf Basis der Aufnahmen einen rötlichen Schimmer sowie kontinuierliche Strahlen vom oberen Rot bis ins untere Grün. Damit rückt ein Mechanismus in den Fokus, bei dem herabrasende Elektronen auf Sauerstoff-Ionen treffen und die Höhe über der Erde die Farbe bestimmt. Die Arbeiten werden mit dem Hinweis verbunden, dass künftig weitere Fotos mit kurzer Belichtungszeit helfen sollen.
Der Mai 2024 hat die Beobachtungstechnik im Bereich Weltraumwetter einmal mehr auf die Probe gestellt. Denn als ein Sonnensturm die Erde traf, waren Polarlichter nicht nur in hohen Breiten sichtbar, sondern sogar bis in mittlere Lagen deutlich zu erkennen. In der Nacht vom 10. auf den 11. Mai zeigten Fotos damit ein Muster, das in der bisherigen Auswertung von Polarlicht-Beobachtungen zu kurz gekommen war: nicht nur einzelne Farbzonen, sondern eine sichtbare Verzahnung von Rot und Grün über demselben Himmelsausschnitt.
Im Zentrum stehen dabei die Aufnahmen eines Ereignisses, das als zweitstärkster Sonnensturm des Weltraumzeitalters seit dem späten Beginn der systematischen Raumfahrt-Beobachtungen eingeordnet wird. Für Europa waren Polarlichter bis in die mittleren Breiten prognostiziert worden, weshalb mehrere Fachleute aus Göttingen und Braunschweig ihre Kameras in der Nacht nach draußen nahmen. Sami Solanki, Direktor am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen, beschrieb dabei, dass Polarlichter über der Region selten sind und das gezielte Fotografieren zunächst nicht einmal im Vordergrund einer geplanten wissenschaftlichen Nutzung stand.
Aus der Perspektive der Atmosphärenphysik ist genau dieses „zufällige“ Material jetzt besonders wertvoll. Die Forschenden analysieren die Bilder gemeinsam und berichten, dass über dem erdnahen, grünen Leuchten ein rötlicher Schimmer sichtbar wird. Zusätzlich dehnen sich helle Strahlen vom oberen Bereich des Roten in das untere Grün hinein; das ist mehr als ein Farbwechsel, weil es auf eine räumliche Kontinuität der Prozesse hindeutet. In der wissenschaftlichen Einordnung wird das als Hinweis darauf gelesen, dass in beiden Fällen nicht vollkommen getrennte Mechanismen wirken, sondern ein übergreifender physikalischer Prozess.
Technisch betrachtet setzt das an der klassischen Erklärung für Polarlichter an: Nach Eruptionen auf der Sonne rasen geladene Teilchen Richtung Erde, werden vom Magnetfeld unseres Planeten zu den Polen gelenkt und treffen dann in der oberen Atmosphäre auf Luftmoleküle. Dort regen sie die Teilchen an und lösen Lichtemissionen aus, deren Farben mit dem jeweiligen Gas und mit der Höhe zusammenhängen. Für rote Polarlichter ist dabei in mittleren Breiten vor allem Sauerstoff relevant; die typischen Höhenlagen werden im Zusammenhang mit den Beobachtungen in einem Bereich zwischen etwa 800 und 200 Kilometern eingeordnet, während grüne Auroren in Polarregionen häufiger in einer Höhe von ungefähr 130 bis 85 Kilometern auftreten.
Der bislang diskutierte Knackpunkt war die Frage, warum Rot nicht einfach „neben“ Grün erscheint, sondern wie es zu den beobachteten Strahlenmustern kommt. Die neuen Daten liefern dafür einen Ansatz: Demnach können rote und grüne Polarlichter durch Elektronen entstehen, die von der Sonne herabrasen und auf Sauerstoff-Ionen treffen. Die Farbe des ausgesandten Lichts hängt demnach stark von der Höhe ab – und damit von der Dichte der Atmosphäre, die nach unten hin zunimmt. Dass die hellen Strahlen sich vom roten Bereich bis in das grüne Leuchten fortsetzen, wird als Argument dafür gelesen, dass derselbe physikalische Prozess im Spiel ist, nur unter unterschiedlichen Bedingungen entlang der Höhe.
Auch im Zeithorizont der Sonnenaktivität ordnet das Projekt das Ereignis ein. Die Aktivität folgt grob einem etwa elfjährigen Rhythmus mit Phasen unterschiedlicher Intensität; der letzte Höhepunkt wurde Ende 2024 verortet, aktuell nimmt die Sonnenaktivität demnach ab. Gleichzeitig zeigt das Ereignis, dass auch in abflachenden Phasen noch signifikante Stürme auftreten können, die Beobachtungen bis in mittlere Breiten ermöglichen. Damit verknüpfen die Forschenden aus Braunschweig und den beteiligten Instituten einen konkreten Vorschlag: Die Bevölkerung soll künftig Fotos bereitstellen, allerdings mit einer Belichtungszeit von maximal sechs Sekunden, weil sich nur so die „verräterischen Strahlen“ ausreichend klar herausarbeiten lassen.
Für die Praxis heißt das: Die Qualität der Datengrundlage entsteht hier nicht nur im Labor oder über spezialisierte Instrumente, sondern auch durch die Bildgebung von Orten, die sonst selten in Echtzeit in solche Analysen einfließen. Für Forschungsprojekte, die Muster in der Emission von Polarlicht-Farben verstehen wollen, ist besonders die Kombination aus geografischer Vielfalt und einheitlichen Kameraeinstellungen entscheidend. Dass solche Citizen-Science-artigen Fotobeiträge wissenschaftlich verwertbar werden, passt zudem in eine breitere Entwicklung, in der KI-gestützte Auswertung von Spektren und Bildmerkmalen helfen kann, Helligkeitsstrukturen automatisch zu klassifizieren und Beobachtungsnetze schneller zu korrelieren.
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