Unsere Sonne ist ein höchst durchschnittlicher Stern sozusagen in der "Provinz" eines Spiralarms unserer Galaxis, mit nicht einmal 6000 Grad Celsius Oberflächentemperatur und einer Masse von guten 1027 Tonnen, was rund 300 000 Erdmassen entspricht. Ihr Durchmesser beträgt "nur" rund 1,4 Millionen Kilometer, und die mäßige Leuchtkraft lässt unseren Stern für einen nur wenige Lichtjahre entfernten Beobachter als unauffälligen Lichtpunkt erscheinen.

Grünes Polarlicht
© Jean-Marie Will
(Ausschnitt)
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Kein Polarlicht ist wie das andere: Mit seinem ständigen Wandel fasziniert dieses Phänomen den Naturfreund stets aufs Neue.

Andererseits ist die Sonne mit ihrer Strahlung nicht nur die Quelle unseres Lebens, sondern auch für beinahe alle Ener­gieprozesse verantwortlich, die wir heute im Überfluss genießen. Man kann sich das gut vor Augen halten: Jede Pflanze, die wir sehen, nutzt das Sonnenlicht. Unsere Heizung speist sich aus einem Energiedepot, die von der Sonne aufgebaut wurde, und wir fahren mit solcher Energie von A nach B. Die Sonne selbst entstand aus den Resten von Sternen, die vor Äonen explodierten – den so genannten Supernovae, die auch alle Elemente, die schwerer als Lithium sind, produzierten. Die Atome unserer Welt, wie auch diejenigen Atome, aus denen wir selbst bestehen, wurden in Supernovae erzeugt. Einzig die Atomenergie wird aus Prozessen gewonnen, deren Ursprung in explodierenden Sternen zu finden ist. Licht als Energieträger ist also eine Vor­aussetzung für unsere Existenz.

Doch die Sonne strahlt mehr als nur Licht ab. Durch den enormen Impuls ihrer Photonen wird ihre Materiehülle nach außen in den Weltraum fortgetrieben. Da alle Atome ab etwa 3000 Grad Celsius ihre Elektronen verlieren, besteht die Sonne und ihre nähere Umgebung aus diesen beiden Komponenten, freien Atomkernen, Protonen und Elektronen; wir sprechen von einem Plasma. Diese Teilchen werden weit gehend radial ins Weltall abgeworfen, und sie machen sich mit typischerweise 1,5 bis 3 Millionen Kilometer pro Stunde auf den Weg, auch in Richtung Erde. Auf diesem Weg treffen sie manchmal auf Kometen und erzeugen dann einen Schweif, der stets von der Sonne weggerichtet ist. Nach etwa zwei bis vier Tagen erreicht der Wind den Blauen Planeten.

Die Wirkungen schneller Atomkerne, Protonen und Elektronen ähneln derjenigen der radio­aktiven Strah­lung. Die aus Heliumkernen bestehende Alphastrahlung ist recht harmlos. Sie wird schon von der oberen Hautschicht absorbiert und kann im Körper nur wenig Schaden anrichten, wenn sie nicht anderweitig aufgenommen wird. Anders verhält es sich bei Elektronen (Betastrahlung), die durchaus Schäden im Erbgut verursachen können, indem sie die Hautschichten durchdringen. Warum also können wir auf der Erde den permanenten Teilchenbeschuss von der Sonne überleben?

Glücklicherweise besitzt die Erde ein permanentes Magnetfeld, das sich vom Nord- zum Südpol erstreckt. Aus dem Physikunterricht erinnern wir uns daran, dass Ladungen auf Magnetfelder reagieren: Trifft ein geladenes Teilchen auf ein Feld, so kann es sich nicht geradlinig weiterbewegen, sondern wird abgelenkt. Und genau dies passiert auch bei der Erde. Ihr Magnetfeld, das weit ins Weltall reicht, blockiert das einfliegende Plasma beziehungsweise fängt es ein. Mit dem ersten US-amerikanischen Satelliten Explorer 1 wurden eingefangene Teilchen in großen Höhen nachgewiesen. Nach ihrem Entdecker erhielt die Region den Namen Van-Allen-Gürtel.

Raumfahrer müssen innerhalb des Van-Allen-Gürtels immerhin mit einer biologischen Äquivalenzdosis von rund 50 Millisievert pro Stunde hinter drei Millimeter starkem Aluminium rechnen. Das ist immerhin doppelt so viel wie die jährliche Maximaldosis für Astronauten und für Menschen in Deutschland sowie die mittlere Dosis, die das Personal von Verkehrsflugzeugen in rund zehn Jahren aufnimmt – und damit starker Tobak.

Rotes Polarlicht über Bayern
© Roman Breisch
(Ausschnitt)
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Polarlichter treten auch über Mitteleuropa auf. Am frühen Morgen des 25. Oktober 2011 gelang es Roman Breisch zum dritten Mal innerhalb von vier Wochen ein Polarlicht in der Region München zu fotografieren. Trotz aufziehender Bewölkung bot sich ihm "eine Show vom Feinsten".

Die Elektronen sind wegen ihrer geringen Masse am beweglichsten und umrunden die magnetischen Feldlinien mit hoher Geschwindigkeit auf Spiralbahnen. Dabei wandern sie Richtung der magnetischen Pole. Dort tauchen die Feldlinien in die Atmosphäre ein, und die Teilchen stoßen mit großer Wucht in 100 bis 600 Kilometer Höhe auf Sauerstoff und Stickstoff. Dabei werden gebundene Elektronen auf höhere Energieniveaus der Atome geschleudert, verbleiben dort eine zufällige Zeit und springen dann unter Abgabe von Licht auf ein niedrigeres Energieniveau. Die Wellenlänge des dabei abgegebenen Lichts ist umso kürzer, je größer die überbrückte Energiedifferenz ist.

Dieses "Fluoreszenzleuchten" des Sauerstoffs und Stickstoffs zeigt sich am Himmel in einem großen Formenreichtum: als sanft und lautlos schwingende Vorhänge (Draperien), als Strahlen oder als funkelnde Streifen mit vielen Farbnuancen. Die dominierenden Farben sind Grün (Sauerstoff) und Rot (Stickstoff). Neben den spektakulären totalen Sonnenfinsternissen gehören Polarlichter sicher zu den anrührendsten Naturschauspielen.

Polarlichter hören und sehen

Angesichts ihrer Entstehung in sehr großen Höhen darf man davon ausgehen, dass Polarlichter völlig lautlos ablaufen. Trotzdem berichten Beobachter immer wieder von Geräuschen, die sie während einer Polarlichterscheinung wahrgenommen haben. Dass solche Berichte nicht zwangsläufig Unsinn sein müssen, haben Wissenschaftler erst kürzlich herausgefunden. Sie entdeckten Knallgeräusche, die in nur rund 70 Meter Höhe über dem Boden entstehen und damit synchron zu den Polarlichtern erscheinen. Man geht davon aus, dass dieses Knallen von Sonnenpartikeln erzeugt wird, die bis fast zur Erdoberfläche gelangen, dort mit der Luft in Wechselwirkung treten und Schallwellen erzeugen. Es lohnt sich also offenbar, Polarlichter in aller Ruhe zu betrachten.

Die Stärke der Sonnenaktivität ist nicht konstant, sondern schwankt in einem elfjährigen Zyklus. Ende 2013 / Anfang 2014 durchlief die Sonne wieder ihr Aktivitätsmaximum. Somit ist allgemein die Polarlichthäufigkeit höher, und es besteht zudem die Chance, in unseren Breiten das eine oder andere Ereignis zu sehen.

Der Mensch besteht nicht nur aus Ratio, sondern lebt auch von Mythen und Geschichten. Um die Freude an der Ästhetik und der Naturerfahrung nicht zu vergessen, sollte man sich trotz einer scheinbar erschöpfenden Erklärung für Polarlichter alte Volksweisheiten und alten Mythen ebenfalls vor Augen halten. Die Inuit meinten, Polarlichter seien tanzende Vorfahren in ihrem Paradies nie enden wollender Jagdgründe. Und die Wikinger waren davon überzeugt, dass Nordlichter Spiegelungen auf der Rüstung der Walküren seien. Diese entschieden nach Schlachten, wer nach dem Tod zu Odin nach Walhalla durfte.