Polarlichter sind Leuchterscheinungen in der oberen Erdatmosphäre, die hauptsächlich in den Polarregionen auftreten. Auf der Nordhalbkugel werden sie als Aurora borealis (Nordlicht), auf der Südhalbkugel als Aurora australis (Südlicht) bezeichnet. Sie zählen zu den eindrucksvollsten natürlichen Phänomenen der Atmosphärenphysik.

Entstehung

Polarlichter entstehen durch die Wechselwirkung geladener Teilchen aus dem Sonnenwind mit dem Erdmagnetfeld und der oberen Erdatmosphäre. Der Sonnenwind besteht überwiegend aus Elektronen und Protonen, die von der Sonne abgegeben werden. Bei koronalen Massenauswürfen können kurzfristig große Mengen geladenen Materials freigesetzt werden.

Das Erdmagnetfeld lenkt diese Teilchen entlang der Feldlinien zu den Polarregionen. Dort treffen sie in Höhen zwischen etwa 100 und 400 Kilometern auf Atome und Moleküle der Atmosphäre — vor allem Sauerstoff und Stickstoff — und regen diese an. Beim Übergang in den Grundzustand wird Licht charakteristischer Wellenlängen abgegeben.

Farben und Erscheinungsformen

Die Farben des Polarlichts hängen von dem angeregten Gas und der Höhe ab. Die typische grüne Färbung bei 557,7 Nanometern entsteht durch atomaren Sauerstoff in Höhen um 100 bis 200 Kilometer. Rote Farbtöne stammen ebenfalls von Sauerstoff in größeren Höhen, blau-violette Komponenten von Stickstoff. Die Erscheinungsformen reichen von ruhigen Bögen über Strahlen und Vorhänge bis zu schnell bewegten Strukturen, die sich innerhalb von Sekunden ändern.

Aurora-Oval und geomagnetische Aktivität

Polarlichter treten überwiegend in einem ringförmigen Bereich um die geomagnetischen Pole auf, dem Aurora-Oval. Bei starker geomagnetischer Aktivität dehnt sich dieser Bereich nach Süden bzw. Norden aus, sodass Polarlichter zeitweise auch in mittleren Breiten sichtbar werden. Die Aktivität folgt grob dem etwa elfjährigen Sonnenfleckenzyklus, mit gehäuften Ereignissen in Phasen hoher Sonnenaktivität.

Polarlichter auf anderen Planeten

Polarlichter sind nicht auf die Erde beschränkt. Sie wurden unter anderem auf Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun beobachtet, jeweils gekoppelt an die jeweiligen Magnetfelder. Auf Jupiter sind die Polarlichter besonders ausgeprägt und werden teilweise durch vulkanisches Material des Mondes Io zusätzlich gespeist.