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Lexikon der Geographie: Aurora borealis

Aurora borealis, Polarlicht, Nordlicht (in Analogie auf der südlichen Hemisphäre Aurora australis, Südlicht), Leuchterscheinung im nördlichen und südlichen Polargebiet. Die Sonne emittiert, außer elektromagnetischer Strahlung, den Sonnenwind, der mit Geschwindigkeiten zwischen 300 und 800 km/s radial von der Sonne abstrahlt. Er besteht aus einem Strom von Wasserstoffionen und Elektronen. Dieser gerät in den Einflussbereich des Erdmagnetfeldes. Dessen Feldlinien würden unter ungestörten Bedingungen symmetrisch zur erdmagnetischen Achse verlaufen. Der Sonnenwind bedingt eine Verformung dieses Magnetfeldes (Magnetosphäre), in die in der Abb. dargestellte asymmetrische Form. Die Feldlinien werden vor allem im Polarbereich in die sonnenabgewandte Richtung verformt. Im Lee des Sonnenwindes bildet sich ein Schweif des Magnetfeldes, der mehrere Millionen km in den Weltraum hinausragt. Der Sonnenwind umströmt das Magnetfeld, wobei sich die Partikelgeschwindigkeit verlangsamt. Im Schweif des Magnetfeldes können die Sonnenwindteilchen dann in das Magnetfeld gelangen. Sie werden entsprechend der Richtung der magnetischen Kraftlinien in Richtung Erde entlang einer Plasmaschicht beschleunigt. In hohen geographischen Breiten (65° bis 75°) dringen sie in die obere Atmosphäre ein und führen den Luftmolekülen Energie zu. Dadurch werden die Elektronenbahnen für kurze Zeit (weniger als eine tausendstel Sekunde) auf ein höheres Niveau gebracht. Beim Zurückfallen in den Grundzustand wird dieselbe Energiemenge als Licht (Polarlicht) emittiert. Je nach Atom wird dabei Licht in bestimmten Wellenlängenbereichen ausgestrahlt. Die Sauerstoffatome emittieren grünes Licht mit einer Wellenlänge von 557,7 nm und rotes Licht mit 630 nm, Stickstoffmoleküle in der Intensität schwächeres blaues und violettes Licht in breiteren Spektren. Durch die Intensität des von den Sauerstoffatomen emittierten Lichtes dominieren im Polarlicht häufig die grünen und roten Farbtöne. Diese Lichtemissionen können in der bodennahen Atmosphäre unter Normaldruck nicht erfolgen, erst in der höheren Atmosphäre ist die Kollisionswahrscheinlichkeit so niedrig, dass die verbleibende Zeit zum Rückfall in den Ausgangszustand hinreichend groß ist.
Die Anregung der oberen Atmosphäre durch den Sonnenwind erfolgt in der Ionosphäre zwischen 100 und 500 km Höhe. Die räumliche Verteilung ergibt sich aus demjenigen Bereich, in welchem die Plasmaschicht des Erdmagnetfeldes die obere Atmosphäre erreicht; ein nahezu kreisförmiges Oval um die magnetischen Pole. Unterschiedliche Sonnenaktivitäten verändern die Intensität des Sonnenwindes und seinen Einfluss auf die Gestalt des Erdmagnetfeldes, sodass es zu äquatorwärtigen Verschiebungen des Polarlichts kommen kann. Es ist daher zuweilen auch in Mitteleuropa zu sehen.

JVo


Aurora borealis: Aurora borealis: Magnetfeld der Erde.

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Grafik:
Mathias Niemeyer (Leitung)
Ulrike Lohoff-Erlenbach
Stephan Meyer

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