Bei der Aurora Borealis (auch Nordlicht genannt und in Abbildung 81.1 zu sehen) handelt es sich um eine Erscheinung in der Ionosphäre der nördlichen Breitengrade, die sich in dunklen Nächten beobachten lässt. Dieses spezielle Licht entsteht aufgrund des Zusammenspiels von Solarwind und Erdmagnetosphäre (siehe Kasten). Um die nördliche Aurora zu sehen, muss man sehr weit nach Norden reisen, da sich ihr Auftreten ungefähr auf das Gebiet des magnetischen Nordpols (siehe Kapitel 128) konzentriert.
Abbildung 81.1 Aurora Borealis von der International Space Station aus gesehen; zur Verfügung gestellt von Image Science and Analysis Laboratory, NASA–Johnson Space Center
In den USA ist Fairbanks in Alaska ein guter Ort, um sich die Aurora anzusehen. Die Nächte sind hier ausreichend dunkel, die Lage ist weit genug nördlich und es gibt sowohl im Frühling als auch im Herbst relativ klare Nächte. Die Aurora ist auch im nördlichen Teil Kanadas, in Island und im nördlichen Skandinavien zu sehen.
In Fairbanks kann man die Aurora am besten im Frühjahr und im Herbst (um die Tagundnachtgleiche herum) sehen, weil der Himmel dunkel und klar ist. Sie müssen bis zur lokalen Mitternacht, wenn der Himmel am dunkelsten ist, ausharren. Die Sommerzeit ist dabei zu ignorieren, denn es ist die tatsächliche, durch den Breitengrad definierte Mitte der Nacht gemeint. Die beste Sicht haben Sie, wenn Sie Fairbanks in nördlicher Richtung verlassen und sich so weit entfernen, bis die Lichter der Stadt nicht mehr stören.
Die häufigste Form einer Aurora ist ein in der Luft hängender grüner »Vorhang«, doch es sind auch viele andere Farben möglich, von rot bis dunkelviolett. Es gibt zwar Aurora-Vorhersagen, die auf der Sonnenaktivität und dem Sonnenwind basieren, doch es verhält sich wie mit den Wetterprognosen: Es sehr schwierig, die Aurora Borealis vorherzusagen. Um die Aurora zu sehen, ist eine Kombination aus starkem Sonnenwind und klarem Himmel erforderlich.
Eine solche Aurora gibt es auch am Südpol (die Aurora Australis), doch das Gebiet, in dem sie sich beobachten lässt, ist (bis auf die wenigen Menschen, die den harten Lebensbedingungen in der Antarktis trotzen) unbewohnt, so das sie kaum jemand sieht.
Die Planeten unseres Sonnensystems besitzen ebenfalls eine Aurora. Das Hubble-Weltraumteleskop hat die Aurora des Jupiter (siehe Abbildung 81.2) und des Saturn fotografiert. Sogar auf Monden, z. B. auf Io, Ganymed und Europa, gibt es Nordlichter.
Abbildung 81.2 Jupiters Aurora; zur Verfügung gestellt von der NASA/ESA, John Clarke (University of Michigan)
Die Magnetosphäre
Die Aurora entsteht, wenn der Sonnenwind auf die Magnetosphäre der Erde trifft. Der Sonnenwind besteht aus geladenen Teilchen (hauptsächlich Elektronen und Protonen), denen es gelungen ist, der enormen Gravitation der Sonne zu entkommen. Diese Teilchen starten in der Corona (der äußersten Schicht) der Sonne, die aus einem Plasma besteht, das über 1.000.000 K heiß ist. Seltsamerweise ist der mittlere Teil der Sonne (der Teil, den wir üblicherweise sehen) mit etwa 6.000 K deutlich kühler.
Aufgrund dieser unglaublichen Hitze in der Corona werden die Teilchen von ihren Atomen getrennt und bewegen sich sehr schnell (zwischen 400 und 750 Kilometer pro Sekunde?) in alle Richtungen von der Sonne weg. Wenn sich diese Teilchen der Erde nähern, treffen Sie auf das Erdmagnetfeld.
Den Teil des Weltraums, der unter dem Einfluss des Magnetfelds der Erde steht, bezeichnet man als Magnetosphäre. Die im Sonnenwind enthaltenen Teilchen werden um die Erde herum geleitet. Daher entspricht die die Form der Magnetosphäre ungefähr einem Geschoss, das in Richtung Sonne zeigt (siehe Abbildung 81.3). Einige Teilchen des Sonnenwindes durchdringen das Magnetfeld in Richtung Erde, aber die Aurora Borealis bildet sich größtenteils erst hinter der Erde (von der Sonne aus betrachtet).
Dort weist die Erde einen Magnetschweif auf, einen Bereich, in den der Solarwind nicht vordringt und über den sich das Erdmagnetfeld in den Weltraum ausdehnt. Der Magnetschweif enthält ein Plasma, in das der Solarwindstrom großes elektrisches Feld induziert. Das elektrische Feld kann entlang der Magnetfeldlinien des Magnetschweifs zur Erde fließen. Es sind diese Elektronen aus dem Plasma des Magnetschweifs, die die Aurora verursachen.
Die Magnetfeldlinien im Magnetschweif laufen durch zwei magnetische Pole und erzeugen damit einen großen elektrischen Schaltkreis im Weltraum. Treffen die Elektronen auf die Erdatmosphäre, erzeugen sie die Aurora, indem Sie Sauerstoff und Stickstoff anregen.
Wenn Sauerstoff angeregt wird, kehrt er wieder in seinen stabilen Zustand zurück und gibt dabei Photonen ab, deren Wellenlängen dem des rotem oder grünen sichtbaren Lichts entsprechen. Der Stickstoff durchläuft den gleichen Prozess, gibt dabei aber rotes oder blaues Licht ab, wenn er in seinen stabilen Zustand zurückkehrt.
Ein guter Ausgangspunkt für die Aurora-Jagd ist das Geophysical Institute der University of Alaska in Fairbanks unter http://www.gedds.alaska.edu/Aurora-Forecast/. Das Institut erstellt Aurora-Vorhersagen nicht nur für Fairbanks, sondern die ganze Welt. Außerdem erhalten sie hier praktische Informationen darüber, wo und wie man eine Aurora sehen kann.