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Polarlichter sind atemberaubende Naturphänomene, deren Ursprung in der etwa 150 Millionen Kilometer entfernten Sonne liegt. Wie genau sie entstehen und wo sie sich sehen lassen, erfährst du in diesem Beitrag.%und in unserem Video.

Polarlichter einfach erklärt

Polarlichter sind eine spektakuläre Lichterscheinung, die in den unterschiedlichsten Farben und Formen am Himmel zu sehen sind. Die Namensgebung hat eine einfache Begründung: Polarlichter sind zum größten Teil in den Polarregionen der Erde zu sehen.

Du findest je nach Region unterschiedliche Bezeichnungen für Polarlichter:

  • Auf der Nordhalbkugel werden sie auch als Nordlichter oder Aurora Borealis bezeichnet.
  • Auf der Südhalbkugel heißen sie hingegen auch Südlichter oder Aurora Australis

Die Entstehung der Polarlichter beginnt bei der Sonne. Sie strahlt geladene Teilchen in allen Richtungen aus. Die geladenen Teilchen treffen dann auf Atome der Erdatmosphäre. Das Aufeinandertreffen hat zur Folge, dass die Atome angeregt werden. Die Anregung kannst du so verstehen, dass das Atom jetzt mehr Energie besitzt. Diesen Zustand mit mehr Energie verlassen die Atome aber zügig und können dabei Licht ausstrahlen, das wir auf der Erde dann als Polarlicht sehen.

Polarlichter Entstehung

Elektronen aus dem Sonnenwind regen Sauerstoff – und Stickstoff atome innerhalb der Erdatmosphäre an (angeregter Zustand). Kehren diese Atome zu ihrem ursprünglichen Zustand zurück, können sie Licht ausstrahlen, welches wir dann als Polarlicht sehen. Die Farbe des Polarlichts hängt davon ab, welches dieser Atome angeregt wurde.

% <img class="alignnone size-medium wp-image-173835" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2021/07/Polarlichter-Beispiel-300x200.jpg" alt="" width="300" height="200" /> % Beschriftung: Das atemberaubende Phänomen der Polarlichter. ; Alt-Text: Polarlichter, Polarlicht

Wie entstehen Polarlichter?

Das Polarlicht liefert ein wundervolles und anschauliches Beispiel für das Wechselspiel zwischen den Phänomenen des Magnetismus und denen der Elektrizität. Aber wie genau entstehen Polarlichter? 

Sonnenwind und Magnetfeld der Erde

Der Ursprung liegt bei der Sonne. Die Sonne strahlt ständig einen Strom an geladenen Teilchen (Elektronen, Protonen) in allen Richtungen aus. Dieser Strom heißt Sonnenwind.

Das Magnetfeld der Erde schirmt den Sonnenwind zum größten Teil ab, sodass wir auf der Erde kaum etwas von ihm merken. Der Sonnenwind kann aber auch so stark sein, dass er sich für uns bemerkbar macht, zum Beispiel eben durch Polarlichter.

% <img class="alignnone size-medium wp-image-173945" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2021/07/Polarlichter-Abschirmung-Sonnenwind-durch-Magnetfeld-der-Erde-300x164.jpg" alt="" width="300" height="164" /> % Beschriftung: Abschirmung des Sonnenwindes durch das Erdmagnetfeld. ; Alt-Text: Magnetfeld der Erde, Abschirmung Sonnenwind

Lorentz-Kraft 

Treffen die geladenen Teilchen aus dem Sonnenwind auf das Magnetfeld der Erde, erfahren sie eine Kraft, die Lorentz-Kraft genannt wird. Durch sie werden die Teilchen des Sonnenwinds auf spiralförmigen Bahnen in Richtung der beiden Pole gezwungen. Deshalb ist die Konzentration an geladenen Teilchen auch nur in den Polarregionen so hoch, dass wir dort das Polarlicht sehen können.

In den Polarregionen treffen die geladenen Teilchen dann auf die Sauerstoff- und Stickstoffatome der Erdatmosphäre und regen diese an. Und genau diese Anregung führt dann zur Ausstrahlung von Licht, das wir als Polarlicht sehen können.

 

% <img class="alignnone size-full wp-image-173967" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2021/07/Polarlichter-Lorentz-Kraft.png" alt="" width="240" height="185" /> % Beschriftung: Spiralförmige Bahn der geladenen Teilchen aufgrund der Lorentz-Kraft. ; Alt-Text: Lorentz-Kraft Polarlichter, Spiralförmige Bahn Lorentz-Kraft, Polarlicht Entstehung

Polarlichter Farben

Die Farbe der Polarlichter hängt davon ab, von welchem angeregten Atom das ausgestrahlte Licht stammt. 

Sauerstoffatome können grünes und orange-rotes Licht ausstrahlen. Grünes Licht wird hauptsächlich in Höhen von etwa 100 Kilometer emittiert, orange-rotes Licht in Höhen von circa 200 Kilometer.

Stickstoffatome können hingegen violettes bis blaues, aber auch rotes Licht aussenden. Für die Anregung von Stickstoff ist aber eine wesentlich höhere Energie notwendig, weshalb du diese Farben nur bei einem sehr starken Sonnenwind sehen kannst.

Es können aber auch weitere Mischfarben auftreten, wie etwa Pink, Gelb oder Weiß.

% <img class="alignnone size-large wp-image-179756" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2021/07/Polarlichter-Farben-und-Höhen-1024x427.jpg" alt="" width="525" height="219" /> % Beschriftung: Die Farben des Polarlichts in Abhängigkeit der Höhe. ; Alt-Text: Aurora Borealis Farben, Polarlichter Farben, Polarlicht Farben, Aurora Borealis Farben Höhen, Polarlichter Farben Höhen, Polarlicht Farben Höhen; @Animation: Die englischen Bezeichnungen folgendermaßen übersetzen: Die Farben wie gewohnt ins Deutsches übersetzen. Die Bezeichnung "Aurora" so stehen lassen, "altitude" mit Höhe, "low oxygen emission" mit "Geringe Emission durch Sauerstoff", "high oxygen emission" mit "Hohe Emission durch Sauerstoff" und "Nitrogen Emission" mit "Emission durch Stickstoff" übersetzen. Vielen Dank.

Wo kann man Polarlichter sehen?

Polarlichter sind zum größten Teil nur in den Polarregionen zu sehen. Der Grund dafür ist die Richtung des Erdmagnetfeldes, das die geladenen Teilchen aus dem Sonnenwind dazu zwingt, sich hauptsächlich in den Polarregionen zu versammeln.

Typische Orte auf der Nordhalbkugel, wo Polarlichter (Aurora Borealis) gut zu sehen sind, sind Norwegen und Island, die sich beide nahe am Nordpol befinden.

Auf der Südhalbkugel hingegen können Polarlichter (Aurora Australis) in Australien oder den südlichen Teilen von Argentinien und Neuseeland sehr gut beobachtet werden.  

Bei einem starken Sonnenwind lassen sich auch in Deutschland Polarlichter sehen. Ist der Sonnenwind entsprechend stark, so kannst du etwa 10 bis 20 Nächte pro Jahr in Deutschland Polarlichter am Himmel betrachten. Am besten gelingt dir das in den nördlichen Teilen Deutschlands. 

Wann sieht man Polarlichter?

Polarlichter lassen sich am besten im Dunkeln beobachten, wenn das Wetter zudem kalt und trocken ist. Auf der Nordhalbkugel ist das gerade der Fall, wenn es Winter ist. Zu dieser Zeit ist es auf der Südhalbkugel Sommer, also lassen sich hier kaum Polarlichter sehen.

Die Aurora Borealis (Nordlicht) auf der Nordhalbkugel und die Aurora Australis (Südlicht) auf der Südhalbkugel verhalten sich aber nahezu identisch. Unter anderem bedeutet das, dass Nord- und Südlichter gleichzeitig auftreten. 

Polarlichter physikalisches Prinzip

Das Grundprinzip hinter der Entstehung von Polarlichtern lautet: 

Gehen Atome von einem Zustand höherer Energie (dem angeregten Zustand) in einen Zustand niedrigerer Energie über, können sie dabei Strahlung aussenden.

Die Anregung der Atome kannst du dir so vorstellen: Ein Elektron des Atoms springt auf eine Bahn höherer Energie. Nach bereits sehr kurzer Zeit kehrt das Elektron aber zurück in seine ursprüngliche Bahn. Bei diesem Rückgang kann dann Strahlung emittiert werden.

Ist diese ausgesandte Strahlung für uns Menschen sichtbar, dann wird sie auch als Licht bezeichnet. Das Polarlicht ist genau eine solche sichtbare Strahlung:

Geladene Teilchen aus dem Sonnenwind regen Atome der Erdatmosphäre an, die dann beim Rückgang in den ursprünglichen Energiezustand Licht aussenden. 

% <img class="alignnone size-medium wp-image-173968" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2021/07/Polarlichter-Entstehungprozess-300x157.jpg" alt="" width="300" height="157" /> % Beschriftung: Von der Anregung des Atoms zur Emission von Licht. ; Alt-Text: Angeregtes Atom, Lichtemission, Spontane Emission, Emission von Licht; @Animation: Die englischen Bezeichnungen bitte folgendermaßen übersetzen: "Charged Particle" zu "Geladenes Teilchen", "Electron" zu "Elektron", "Excited State" zu "Angeregter Zustand" und "Light (photon)" zu "Licht".

Magnetfeld der Erde

Das Magnetfeld der Erde ist nicht nur für das beeindruckende Phänomen der Polarlichter verantwortlich. In der Tat ist ein Leben auf der Erde ohne das Erdmagnetfeld nicht möglich.

Aber was genau ist das Magnetfeld der Erde und wie entsteht es? Das lernst du in unserem eigenen Beitrag dazu.%Thumbnail zu "Magnetfeld der Erde"

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