NIEDERSACHSEN / LONDON (IT BOLTWISE) – Aufnahmen vom Sonnensturm am 10. Mai 2024 zeigen in Braunschweig und Göttingen rote und grüne Polarlichter, die sich als helle Strahlen überlagern. Die Fotos mit Belichtungen von sechs bis acht Sekunden legen nahe, dass energiereiche Elektronen beide Atmosphärenschichten gleichzeitig zum Leuchten brachten. Direkte Messungen des Elektronenstroms vor Ort fehlten zwar, doch das Muster spricht gegen einfache Erklärungen. Für weitere Studien empfehlen die Forschenden kürzere Belichtungszeiten und präzise Zeitangaben.
Rote Polarlichter gelten am Himmel der mittleren Breiten oft als schwer zu greifen: Sie erscheinen zwar deutlich, aber ihr Ursprung wird seit Langem diskutiert, weil sie in anderer Höhe auftreten als die vertrauten grünen Lichtbänder. Genau an dieser offenen Frage setzt die Auswertung eines Sonnensturms an, der am 10. Mai 2024 besonders intensive Störungen des Erdmagnetfeldes auslöste. In Braunschweig und Göttingen zeigten Aufnahmen nicht nur getrennte Farben, sondern helle Strahlen, die sich optisch vom roten bis zum grünen Bereich durchziehen und damit ein wiederkehrendes, zusammenhängendes Strukturmuster nahelegen.
Technisch betrachtet entsteht ein Polarlicht, wenn geladene Teilchen entlang der Magnetfeldlinien in die obere Atmosphäre eindringen und dort Atome anregen. Beim anschließenden Zurückfallen geben die Atome Energie in Form von Licht ab; entscheidend ist dabei, welche Atomsorte in welcher Höhenlage wie lange angeregt bleibt. Das charakteristische grüne Leuchten wird mit angeregtem atomarem Sauerstoff in etwa 85 bis 130 Kilometern Höhe in Verbindung gebracht, während rotes Sauerstoffleuchten meist erst oberhalb von rund 200 Kilometern dominiert. Gerade dieses Höhengefälle ist der Grund, warum die Frage „Welche Energielieferanten treiben die roten Erscheinungen an?“ bislang nicht eindeutig beantwortet wurde.
Für die Untersuchung wertete ein internationales Team um Dr. Bruce T. Tsurutani, der früher am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA tätig war, Bildmaterial des Sonnensturms aus. Die Beobachtungen basieren unter anderem auf Smartphone- und Digitalkamera-Fotos mit Belichtungszeiten von sechs bis acht Sekunden; außerdem wurden die Sichtdaten mit Messinformationen zum Sonnenwind und mit zeitgleichen Schwankungen des Erdmagnetfeldes verglichen. In den konkreten Bildsequenzen tauchten gegen 22.16 Uhr in Braunschweig und 22.49 Uhr in Göttingen, jeweils in Weltzeit, parallele helle Streifen im Rot auf, die sich in tiefer liegendes Grün fortsetzten. Ein früheres Foto desselben Ereignisses zeigte noch getrennte rote und grüne Bereiche ohne diese „durchgehenden“ Strahlen, was darauf hindeutet, dass die auffällige Verbindung nicht über die gesamte Beobachtungsdauer hinweg konstant war.
Die fortlaufenden Helligkeitsstreifen werden vom Team als Hinweis darauf interpretiert, dass energiereiche Elektronen entlang der Magnetfeldlinien herabregnen und dabei Sauerstoff in unterschiedlichen Atmosphärenschichten anregen. Unterschiedliche Übergänge innerhalb der Sauerstoffatome liefern dann das rote Licht bei etwa 630 Nanometern beziehungsweise das grüne bei rund 558 Nanometern. Wichtig ist: Das Muster passt weniger zu Erklärungen, bei denen die roten Streifen ausschließlich durch Wärmeeintrag in unteren Schichten oder allein durch energiereiche Sauerstoffionen entstehen. Stattdessen argumentiert die Studie, dass ein gemeinsamer physikalischer Mechanismus die Brücke zwischen beiden Farben bildet. Prof. Dr. Yasuhito Narita von der Technischen Universität Braunschweig (TU Braunschweig) brachte es auf den Punkt: „Dass sich die hellen Strahlen vom roten bis zum grünem Polarlicht fortsetzen, spricht dafür, dass in beiden Fällen derselbe physikalische Prozess am Werk ist“.
Gleichzeitig bleibt das Bild unvollständig, weil direkte Messungen des einfallenden Elektronenstroms über den Beobachtungsorten während des Sturms fehlten. Genau dieser Engpass macht die Schlussfolgerung aus den Fotos zu einer plausiblen, aber nicht endgültigen Interpretation: Aus der Bildinformation allein lässt sich nicht zweifelsfrei bestimmen, welche Teilchenenergien vorlagen oder wie die Elektronen in die Richtung der Atmosphäre gelenkt wurden. Als mögliche Erklärung diskutiert die Arbeitsgruppe Wechselwirkungen mit Plasmawellen nahe der Plasmapause, also der äußeren Grenze eines relativ dichten Plasmabereichs um die Erde. Ein Modell verortet diese Grenze zur beobachteten Zeit in der Nähe der Magnetfeldlinien, die zu Braunschweig und Göttingen gehören; ein direkter Nachweis der vermuteten Wellen und ihrer Wirkung auf die Elektronen steht jedoch aus. Zudem weist das Team darauf hin, dass selbst innerhalb der Kategorie „rotes Polarlicht“ erhebliche Unterschiede zwischen verschiedenen Ereignistypen möglich sind und die hier gefundene Kopplung nicht automatisch für jedes rote Leuchten gilt.
Für die nächste Runde der Datenerhebung schlagen die Forschenden deshalb gezielt bessere Beobachtungsbedingungen vor. Besonders wertvoll seien Fotos mit möglichst kurzer Belichtungszeit, weil längere Aufnahmen feine Strukturen verwischen können, die bei sechs Sekunden und weniger klarer erkennbar sind. Praktisch heißt das: Wer Polarlichter mit Smartphone oder Kamera dokumentiert, kann Daten liefern, die sich zeitlich und strukturell mit Messreihen verknüpfen lassen. Narita betont diesen Mitmach-Aspekt: „Jeder, der mit dem Smartphone oder mit einer Kamera Fotos von Polarlichtern macht, kann einen Beitrag zu ihrer Erforschung leisten“. Zusätzlich helfen präzise Uhrzeiten und Angaben zur Blickrichtung, damit sich Beobachtungen zwischen verschiedenen Orten vergleichen lassen. Damit rückt die Forschung von der reinen Sichtbeobachtung hin zu einer datengetriebenen Bestätigung heran – nicht durch größere Geräte allein, sondern durch besser aufeinander abgestimmte Bildqualität und Metadaten.
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