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OLARLICHT - ENTSTEHUNG UND VORHERSAGE

Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Polarlichtern läßt sich aus der Häufigkeit von Sonnenflecken auf der Sonnenoberfläche vorhersagen. Warum das so ist, versuche ich im folgenden Abschnitt zu erklären. Aktuelle Daten zum Geschehen auf der Sonne kann man auf den untenstehenden Links nachsehen.

- Polarlichter entstehen, weil das Erdmagnetfeld geladene Teilchen einfängt, die von der Sonne ausgestoßen werden

Polarlichter sind ein Phänomen in der oberen Erdatmosphäre. Teilchen, die bei verschiedenen Prozessen von der Sonne mit hoher Energie ausgesandt werden, dringen in die Erdatmosphäre ein und stoßen dort mit den Molekülen der Luft zusammen. Dabei werden die Luftmoleküle zum Leuchten angeregt. Auf ähnliche Weise leuchtet die bekannte klassische Neonröhre. In ihr werden Elektronen zwischen den beiden Elektroden an den Enden der Röhre beschleunigt und stoßen mit dem Neongas zusammen.

Weil die Erde ein Magnet ist (bzw. ein Magnetfeld hat) und weil die Teilchen elektrisch geladen sind, wickeln sich ihre Bahnen um die magnetischen Feldlinien der Erde. Sie folgen den Feldlinien und werden dadurch in Richtung des magnetischen Nordpols oder Südpols gelenkt. Deswegen sind die Polarlichter in den Polarregionen der Erde wesentlich häufiger sind als in unseren mitteleuropäischen Breiten. Je stärker der Teilchenstrom von der Sonne ist, um so hellere Polarlichter sind zu sehen.

- Auf der Sonnenoberfläche kann man lebhafte Vorgänge beobachten, bei denen Materie in den Weltraum ausgestoßen wird

Quelle: NASA, Solar Physics (s.u.)

Die Stärke des Teilchenstroms, der von der Sonne in den Weltraum fließt, schwankt sehr stark. Die Sonne ist ein heißer Gasball, in deren Innerem durch Fusion von Wasserstoff zu Helium Energie erzeugt wird. Was wir von der Sonne sehen, ist eigentlich nur die Oberfläche (die Photosphäre), die etwa 5700 Grad heiß ist und deswegen sichtbares Licht ausstrahlt, also hell leuchtet. An der Sonnenoberfläche sind lebhafte Vorgänge zu beobachten. Bei Stürmen und Ausbrüchen werden Gase mit großer Energie in den Weltraum geschleudert, und es treten starke Magnetfelder auf. Die ausgeschleuderten Teilchen erreichen nach knapp zwei Tagen die Erdbahn und sie sind es, die dann in unserer Atmosphäre die Polarlichter auslösen.

- Sonnenflecken sind ein Anzeichen für die Aktivität auf der Sonnenoberfläche

An den Stellen auf der Sonnenoberfläche, an denen starke Magnetfelder austreten oder eintreten, ist der Wärmestrom aus dem heißen Sonneninneren gestört. Diese Stellen sind kälter, sehen daher dunkler aus und werden Sonnenflecken genannt.

Quelle: NASA, Solar Physics (s.u.)

Solche starken Magnetfelder sind mit den physikalischen Prozessen verbunden, bei denen Materie von der Sonne in den Weltraum geschleudert wird. Die genauen Vorgänge zu schildern, würde hier zu weit führen. Sonnenflecken sind für die Astronomen sehr leicht zu beobachten, daher kennt man sie schon seit vielen Jahrhunderten. Mit bloßem Auge sollte man tagsüber natürlich nicht in die Sonne schauen, doch bei Sonnenuntergängen kann man unter Umständen große Sonnenflecken ohne besondere Hilfsmittel sehen. Daß sie so groß sind, ist allerdings nicht sehr häufig.

- Aus der Häufigkeit von Sonnenflecken kann man auf die Wahrscheinlichkeit für Polarlichter schließen. Wenn man die Prozesse auf der Sonne verfolgt, kann man eine noch genauere kurzfristige Vorhersage machen

Sonnenflecken sind ein leicht zu beobachtendes Phänomen, aus dem sich auf eine erhöhte Aktivität auf der Sonnenoberfläche schließen läßt. Sonnenflecken haben also nicht direkt etwas mit unseren Polarlichtern zu tun, sondern sie zeigen nur an, daß auf der Sonnenoberfläche eine hohe Aktivität herrscht, wodurch dann die Wahrscheinlichkeit hoch ist, daß ein starker Teilchenstrom in unsere Richtung geschleudert wird und schließlich Polarlichter entstehen.

- Der Zyklus der Sonnenflecken

Die Häufigkeit der Sonnenflecken variiert sehr stark mit einem regelmäßigen Zyklus von 11 Jahren. Die derzeitige Situation ist in der Abbildung dargestellt.

Quelle: NASA, Solar Physics (s.u.)

Die Abbildung zeigt den Verlauf der Sonnenfleckenhäufigkeit in den vergangenen Jahren. Es ist zu erkennnen, daß in den Jahren 2000-2001 besonders viele Sonnenflecken auftreten. Danach werden sie wieder seltener. Wenn man in einem Maximum der 11-jährigen Periode ist, hat man besonders gute Chancen, Polarlichter zu sehen. Die Wahrscheinlichkeit sinkt in den nächsten Jahren ab und erreicht um 2007 ein Minimum, dann werden Polarlichter selten.

Die meisten Sonnenflecken bestehen nur für wenige Tage, doch einige können auch recht langlebig sein. Da die Sonne rotiert, wandern sie über die Oberfläche und verschwinden auf der Rückseite der Sonne. Die Rotationsgeschwindigkeit der Oberfläche hängt bei der Sonne von der Breite ab, bei 16° Breite beträgt sie etwa 25 Tage. Sie ist nicht überall gleich groß, weil die Sonne ja kein fester Körper wie etwa die Erde ist. Wenn man eine große Gruppe von Sonnenflecken beobachten konnte, die nun auf die andere Seite der Sonne rotiert ist, kann man vorhersagen, wann sie wieder auf unserer Seite erscheinen wird, wann also die Häufigkeit für Polarlichter wieder steigt.

Mit Teleskopen, Satelliten und Raumsonden kann man das turbulente Geschehen auf der Sonne auch direkt beobachten. Wenn ein starker Ausbruch beobachtet wird, brauchen die Teilchen etwa 19 Stunden, um zur Erde zu gelangen. Daher gibt es auch eine kurzfristige Vorhersage von Polarlichtern.

- Aktuelle Informationen im Internet

Auf verschiedenen Webseiten kann man sich über das aktuelle "Space Weather" informieren. Die Daten werden vom Space Environment Center der National Oceanic & Atmospheric Administration herausgegeben. Für die Wahrscheinlichkeit von Polarlichtern wird eine Kennzahl Kp angegeben, die Werte zwischen 0 und 10 haben kann. Je höher Kp ist, um so wahrscheinlicher sind Polarlichter. Für Kp gibt es dort eine Drei-Tages-Vorhersage.

Zwei Effekte sind bleiben noch zu erwähnen. Die günstigste Tageszeit, um Polarlichter zu beobachten, ist in Nordskandinavien etwa gegen 21- 22 Uhr, wie aus einem der untenstehenden Links hervorgeht. Das tageszeitliche Maximum ist allerdings nicht sehr ausgeprägt. Wolken, die die Sicht behindern, sind nach der Statistik in Nordskandinavien im März am seltensten.

- Zusammenfassung

Wenn man auf einem Maximum der Sonnenfleckenzahl ist und wenn auf der Sonne auch starke Aktivität herrscht, dann hat man gute Aussichten, Polarlichter zu beobachten. Wenn man in einem Minimum des 11-Jahre-Zyklus der Sonnenflecken ist, dann hat man insgesamt wenig Chancen, ein Polarlicht zu sehen oder zu fotografieren.

Links (in Englisch):

Aktuelle Messungen und Vorhersagen

Today's Space Weather (Aktivität auf der Sonne, Vorhersage des Kp-Index)
Space Weather Now (Satellitenmessungen im Erdmagnetfeld)
Auroral Activity (Aktuelle Messungen)
When is the best time to see the Aurora in Kiruna (günstige Jahreszeit, günstige Tageszeit)

Allgemeine Links:

Solar Physics (NASA)
The Aurora Page
(Michigan Technological University)
Aurora Borealis (Universität Tromsø)
Northern Lights (IRF, Kiruna)

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