GÖTTINGEN / LONDON (IT BOLTWISE) – Während eines Sonnensturms der Kategorie G5 waren im Mai 2024 Polarlichter bis weit südlich zu sehen, auch über Niedersachsen. Wissenschaftler nutzen hochaufgelöste Aufnahmen aus Braunschweig und Göttingen, um die Entstehung des roten Leuchtens besser einzuordnen. Auffällig sind durchgehende helle Strahlen, die sich vom roten bis zum grünen Bereich erstrecken. Damit rückt ein gemeinsamer physikalischer Prozess entlang der Magnetfeldlinien stärker in den Fokus.
Im Mai 2024 bot ein Sonnensturm der höchsten Kategorie G5 vielen Menschen in Deutschland ein seltenes Bild: Polarlichter leuchteten deutlich südlicher als üblich und waren in verschiedenen Regionen am Nachthimmel zu erkennen. Gerade in Niedersachsen wurden dabei Aufnahmen gemacht, die sich im Nachhinein als mehr als nur eindrucksvolle Bilder entpuppten. Ein Forschungsteam hat die Daten nun mit besonderem Augenmerk auf das rote Spektralband ausgewertet – und versucht, das seit Langem ungelöste Rätsel zu entschärfen, warum Aurorae in unterschiedlichen Farben erscheinen.
Die technische Grundlage der Erklärung bleibt dabei klassisch: Trifft solare Plasma- und Magnetfeldaktivität auf das Erdmagnetfeld, werden geladene Teilchen in Richtung der magnetischen Feldlinien in die Erdatmosphäre gelenkt. Dort stoßen sie mit Sauerstoffatomen zusammen, wodurch diese angeregt werden. Die anschließend emittierten Photonen verraten in der Regel, in welcher Höhenregion die Anregung vorherrscht: Über etwa 200 Kilometern dominiert demnach rotes Licht, während in tieferen Schichten – grob zwischen 85 und 130 Kilometern – das bekannte grüne Leuchten stärker ins Bild rückt. Was bisher oft als farblich getrennte Prozesse diskutiert wurde, wird durch die neuen Bildstrukturen deutlich schwieriger auseinanderzuhalten.
Konkret beschreiben die Autoren in der Studie Annales Geophysicae markante helle Strahlen, die sich vom roten Polarlicht in größerer Höhe übergangslos bis hinab zum grünen Leuchten erstrecken. Solche durchgehenden Strukturen sind in früheren Veröffentlichungen, nach Angaben der Forschenden, in dieser Form nicht systematisch beschrieben worden. Yasuhito Narita betont dazu: „Dass sich die hellen Strahlen vom roten bis zum grünen Polarlicht fortsetzen, spricht dafür, dass in beiden Fällen derselbe physikalische Prozess am Werk ist.“ Im Kern bedeutet das: Nicht nur die Helligkeit oder das Farbspektrum trennt die Regionen, sondern offenbar auch, wie energiereiche Elektronen den Stoffwechsel in der Atmosphäre anstoßen. Die Elektronen rasen demnach entlang der Magnetfeldlinien in die Luftschichten hinein und erzeugen so eine zusammenhängende Struktur, die sich spektral sichtbar über mehrere Höhenbereiche hinweg fortsetzt.
Damit steht die Arbeit im Kontrast zu konkurrierenden Erklärungsansätzen, die in der Vergangenheit gegeneinander antraten. In der Forschung reichten die Hypothesen etwa von Wechselwirkungen zwischen Ringstromteilchen und Plasmasphärenionen bis hin zu Mechanismen, bei denen bestimmte Plasmawellen die Energieverteilung in der Region beeinflussen. Die neuen Aufnahmen liefern der Studie zufolge aber ein Indiz, das diese Trennung „rot oben, grün unten“ zumindest relativiert: Wenn die hellen Strahlen durchgehend sind, müssen die physikalischen Bedingungen entlang des Leitpfads für Elektronen so zusammenwirken, dass beide Farbbereiche im gleichen Erscheinungsbild gekoppelt wirken. Für das bessere Verständnis der oberen Atmosphärenchemie ist das relevant, weil Aurorae nicht nur spektakuläre Lichtvorhänge sind, sondern auch messbare Spuren der Wechselwirkung zwischen Weltraumwetter und Erdatmosphäre hinterlassen.
Besonders bemerkenswert ist dabei, dass die Studie nicht aus einem reinen Labor- oder Satelliten-Setup entstanden ist, sondern auf Hobbyfotos basiert. Einer der Fotografen war Sami Solanki, der nach seiner Pensionierung am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung stand. Er schilderte, dass ihn Hinweise auf Aurora-Prognosen zu einem spontanen Ausflug an einen Hügel bei Göttingen geführt hätten, um der Lichtverschmutzung zu entkommen. Erst als spätere Gespräche und die Sicht auf die Bildinhalte den Forschungskontext schärften, habe daraus eine systematische wissenschaftliche Zusammenarbeit entstehen können. Weitere Beiträge steuerten laut dem Artikel unter anderem Fotografen aus Braunschweig und Göttingen bei – ein Beispiel dafür, wie gut kuratierte Beobachtungen aus der Fläche in eine wissenschaftliche Auswertung überführt werden können.
Gleichzeitig bleibt die Rezeption differenziert. Jim Wild von der Lancaster University ordnet die Arbeit gegenüber einer breiten Öffentlichkeit als „faszinierenden Einblick“ ein, der „überzeugende Hinweise auf die physikalischen Hintergründe“ liefere. Allerdings formuliert er auch eine Grenze: Es handele sich „eher um ein weiteres Puzzleteil im Rätsel um die Aurora als um einen endgültigen Durchbruch“. Diese Skepsis ist für Fachleute plausibel: Eine Bildsequenz kann zwar Muster sichtbar machen, die Modellierung der zugrunde liegenden Plasmaprozesse benötigt jedoch häufig ergänzende Messungen und konsistente Wiederholungen über unterschiedliche Ereignisse hinweg. Für die nächste Stufe der Forschung dürfte daher entscheidend sein, ob sich die beobachtete Kopplung roter und grüner Strukturen auch bei anderen geomagnetischen Stürmen mit ähnlicher Intensität zeigt.
Für die Praxis ergibt sich daraus eine klare Handlungsanweisung an die Community: Die Forschenden bitten die Öffentlichkeit, weitere Aurora-Fotos zur Verfügung zu stellen. Dabei soll die Belichtungszeit maximal sechs Sekunden betragen, damit die feinen Strukturen im Bild erhalten bleiben. Obwohl die Sonne derzeit eine Phase abnehmender Aktivität durchläuft, sind laut den Aussagen aus dem Umfeld der Studie weiterhin heftige Ausbrüche möglich. Dann kann ein weiterer G5-ähnlicher Einschlag – oder auch ein Ereignis mit passender Geometrie – erneut gute fotografische Chancen liefern. Wenn solche Aufnahmen zeitlich und technisch sauber dokumentiert sind, können sie die KI-gestützte oder manuelle Bildanalyse in der Forschung spürbar beschleunigen und helfen, das Verständnis darüber zu festigen, wie energiereiche Elektronen die Aurora farblich und räumlich formen.
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