Physik Der Polarexpress

Letzte Rätsel zur Entstehung von Polarlichtern sind gelöst

Das Polarlicht glimmt so gut wie immer. Allerdings meist zu schwach, als dass man es sehen könnte. Nur manchmal wird daraus binnen weniger Sekunden eine phänomenale Licht-Erscheinung, die den Himmel mit farbigen "Vorhängen" überzieht.

Die bunten Lichter entstehen, wenn Elektronen in der äußeren Atmosphäre auf Gasatome und -moleküle stoßen. Auch woher die "Himmels-Elektronen" die für das Umschalten in den Turbogang erforderliche Energie bekommen, glauben die Forscher längst verstanden zu haben: Der sogenannte Sonnenwind führt zusammen mit den Elektronen und Wasserstoffkernen, aus denen er besteht, auch das Magnetfeld der Sonne bis zur Erde. Dabei verbinden sich die Magnetfeldlinien der Sonne auf der Tagseite der Erde mit deren Magnetfeldlinien. 100.000 bis 200.000 Kilometer hinter der Erde aber reißen die Erdlinien dann von den Sonnenlinien ab und verbinden sich wieder untereinander. Dabei wird Energie in Form von sogenannten Alfvén-Wellen freigesetzt, die die Elektronen des Sonnenwindes zur Erde hin beschleunigen und so die Polarlichter bis zur Sichtbarkeit befeuern.

Mit dieser Erklärung gab es jedoch ein Problem: Gemäß der physikalischen Theorie sind die Alfvén-Wellen, auf denen die Teilchen des Sonnenwindes "reiten", zu langsam. Diese müssten für die mindestens 100.000 Kilometer von ihrem Startpunkt bis zu den Erdpolen eigentlich etwa vier Minuten benötigen. Messungen hatten jedoch gezeigt, dass der Polarlicht- Turbo bereits etwas weniger als eine Minute nachdem sich die Magnetfeldlinien neu verbunden haben, anspringt.

Simulationsrechnungen, die Michael Shay von der University of Delaware durchführte, ergaben nun, dass neben "normalen" vermutlich auch sogenannte Kinetische Alfvén-Wellen (KAW) entstehen. KAW transportieren Elektronen sehr viel schneller zur Erdatmosphäre als herkömmliche Alfvén-Wellen: Ähnlich wie bei einem Gewitter zuerst ein Blitz und dann erst der Donner die Erde erreicht.