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Grün-blaues Nordlicht in Norwegen

Was Polarlichter antreibt

Warum manche Polarlichter pulsieren, war bis vor kurzem ein ungelöstets Rätsel der Atmosphärenphysik. Nun haben Forscher den Antrieb der rhythmischen Lichtspiele gefunden: ein elektromagnetischer "Chor" in der Magnetosphäre.

Physik 15.10.2010

Die entsprechende Studie wurde von einer Forschergruppe um Yukitoshi Nishimura von dem UCLA Department of Atmospheric and Oceanic Sciences in Los Angeles durchgeführt.

Die Entstehung des Polarlichts

Die Studie "Identifying the Driver of Pulsating Aurora" ist im Fachmagazin "Science" erschienen.

Ein Polarlicht, auch Aurora genannt, entsteht, wenn der Sonnenwind das Magnetfeld der Erde erreicht. Der Sonnenwind bringt Elektronen mit sich, die zum Teil bis in die obere Atmosphäre unseres Planeten eindringen.

Wenn sie dort auf Luftmoleküle treffen, ändert sich die Elektronenkonfiguration der Luftmoleküle und sie gewinnen überschüssige Energie. Um ihren ursprünglichen Zustand wieder zu erlangen, stoßen sie die Elektronen wieder ab und emittieren Energie in Form von Licht. Dieses Licht bildet die unterschiedlichen Formen der Polarlichter. Eine davon ist die sogenannte pulsierende Aurora.

Eine Aurora, die blinkt

Diese Art Polarlicht besteht aus einzelnen Lichtflecken, die nicht kontinuierlich am nächtlichen Himmel strahlen, sondern wie ein Blinklicht an- und wieder ausgehen.

Die Lichtflecken blinken zudem nicht harmonisch. Jeder Fleck scheint selbst zu entscheiden, wann er leuchtet und wann nicht. Und zu guter Letzt schwankt auch noch der Blinkrythmus. Die Lichter leuchten zwischen fünf und 40 Sekunden lang. Aufgrund der Komplexität der Erscheinung war lange nicht klar, wodurch die Blinklichter gesteuert werden.

Mit NASA-Technik dem Leuchten auf der Spur

Nishimura und seine Kollegen beobachteten das Himmelsphänomen sowohl vom Boden als auch aus der Luft. Sie verwendeten dazu Geräte der THEMIS Mission der NASA, genauer gesagt das All-Sky-Imager-Array und einen Satelliten der Mission.

Dabei entdeckten sie vom Boden aus, dass die Blinkfrequenz mit der Frequenz einer elektromagnetischen Strahlung aus der Magnetosphäre übereinstimmt, der sogenannten Chorwelle. Diese Entdeckung wurde auch gleichzeitig vom Satelliten aus dem Weltraum bestätigt.

Gezwitscher in der Magnetosphäre

Diese Welle ist eine von vier natürlichen Radiowellen aus der Magnetosphäre. Speist man sie in einen Lautsprecher ein, klingt sie wie vielstimmiges Vogelgezwitscher, daher der Name.

Die Chorwelle entsteht durch den Sonnenwind bzw. durch die darin enthaltenen Elektronen. Sie kann auch dafür sorgen, dass Elektronen, die nicht an einer Wellenbildung beteiligt sind, weiter in Richtung der Atmosphäre fallen.

Angeregt durch die Chorwelle werden die Elektronen an verschiedenen Stellen in einzelnen Schüben Richtung Atmosphäre geschleudert. Je intensiver die Chorwelle in einem bestimmten Bereich aktiv ist, desto heftiger ist der Schub. Und je heftiger der Schub, desto stärker und länger leuchtet der entsprechende Bereich der Aurora, schreiben die Forscher in ihrer Studie.

Wie die Aktivität der Chorwelle reguliert wird, wollen die Wissenschaftler in ihrem nächsten Projekt herausfinden. Mit dem Ergebnis der aktuellen Studie ist Nishimura jedenfalls zufrieden.

Im Gespräch mit science.ORF.at sagte er: "Durch diese Studie haben wir erkannt, auf welche Phänomene am Himmel wir künftig unsere Aufmerksamkeit richten müssen, wenn wir diese coole Show am Nachthimmel erforschen."

Peter Stenitzer, science.ORF.at

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