Wie hoch sind die Chancen, dass Sie Aurora treffen? Dieser Index ist der Schlüssel

Seit 2019 befindet sich die Sonne in ihrem 25. Aktivitätszyklus, wobei die Aktivitäten immer häufiger werden. Es wird seinen Höhepunkt um das Jahr 2025 erreichen und es kann häufig zu Sonneneruptionen und koronalen Massenauswürfen kommen. Im April 2023 kam es zu einem starken geomagnetischen Sturm, der die stärkste Sonnenaktivität seit Beginn des 25. Sonnenaktivitätszyklus darstellte und zu wunderschönen Polarlichtern in Mohe, Heilongjiang und Karamay, Xinjiang in meinem Land führte. Beeinflusst durch die Sonnenaktivität traten am 5. November und 1. Dezember 2023 in der Region Mohe in der Provinz Heilongjiang mehrmals Polarlichter auf. Besonders am Abend des 1. Dezember gab es Berichte, dass Menschen in vielen Teilen unseres Landes Polarlichter gesehen hätten. Ein Internetnutzer hat ein Video von einem atemberaubenden Polarlicht in einem Vorort von Huairou in Peking aufgenommen, das nicht nur in den WeChat-Momenten von Astronomie-Enthusiasten viral ging, sondern auch das Thema „Pekinger Polarlicht“ zu einem heißen Suchthema machte.

Das Polarlicht hat einen geheimnisvollen und schönen Namen: Aurora. Aurora bezeichnet ursprünglich eine Göttin in der antiken römischen Mythologie. Sie ist für die Morgen- und Tagesanbruch zuständig. Sie fliegt jeden Morgen in den Himmel, um der Erde die Ankunft der Morgendämmerung anzukündigen. Im Jahr 1619 prägte der italienische Astronom Galileo den Begriff „Aurora Borealis“ nach Aurora und gab ihm eine neue Bedeutung.

„Aurora, die Göttin der Morgenröte“, ein Fresko von Guercino aus den Jahren 1621 bis 1623. Bildquelle/Wikipedia

Polarlichter treten häufig in der Nähe des Polarkreises und des südlichen Polarkreises auf. Die auf der Nordhalbkugel beobachteten Polarlichter heißen „Nordlichter“, die auf der Südhalbkugel beobachteten „Südlichter“. Natürlich gibt es Polarlichter nicht nur auf der Erde. Sie sind auch auf anderen Planeten im Sonnensystem zu finden, die über Magnetfelder verfügen.

Was verursacht die Aurora?

Das Polarlicht ist ein natürliches Lichtphänomen am Himmel über hohen Breitengraden. Wenn das Magnetfeld des Sonnenwinds eine magnetische Rekonnexion mit dem Magnetfeld der Erde erfährt, dringen die energiereichen Teilchen des Sonnenwinds entlang der wiederhergestellten Magnetfeldlinien in die Pole der Erde ein und verursachen geomagnetische Störungen, während sie heftig mit Sauerstoff- und Stickstoffatomen in der Atmosphäre kollidieren. Während der Kollisionen übertragen die hochenergetischen geladenen Teilchen ihre Energie auf die Atmosphäre und regen Sauerstoff- und Stickstoffatome in höhere Energiezustände an. Wenn die Sauerstoff- und Stickstoffatome wieder in ihren niedrigeren Energiezustand zurückkehren, geben sie Photonen frei, die wir als Polarlichter wahrnehmen. Dieser Vorgang ähnelt der Lichtemission von Neon- oder Leuchtstoffröhren.

Die Polarlichter treten vor allem am Nord- und Südpol der Erde auf und sind Spiegelbilder voneinander. Wenn das Polarlicht in einer Hemisphäre aktiv wird, wird es auch in der anderen Hemisphäre aktiv. Das Polarlicht ist auf den Magnetpol zentriert und erscheint in einem ringförmigen Bereich, der auch „Aurora-Ei“ genannt wird. Bei größeren geomagnetischen Stürmen dehnt sich das Polarlicht-Ei aus und bewegt sich von den Polen weg, sodass die Polarlichter in den meisten Gebieten in der Nähe des Polarkreises und des antarktischen Kreises zu sehen sind.

Polarlichter sind eine Manifestation geomagnetischer Stürme. Es gibt zwei Arten von Sonnenereignissen, die geomagnetische Stürme erzeugen können, die mit hellen, aktiven Polarlichtern verbunden sind. Der erste ist ein koronaler Massenauswurf (CME), bei dem es sich um Dutzende oder Zehnmilliarden Tonnen Plasma handelt, die von der Sonne ausgestoßen werden, sich mit Tausenden von Kilometern pro Sekunde fortbewegen und zwei bis drei Tage später im Weltraum um die Erde ankommen. Wenn ein koronarer Massenauswurf die Erde erreicht, kann er geomagnetische Störungen auslösen, die einige der hellsten und kräftigsten Polarlichter erzeugen, die sich am weitesten in Richtung Äquator erstrecken. Die zweite Art von Sonnenereignis, das mittelgroße geomagnetische Stürme erzeugen kann, wird als „Koronales Loch“ bezeichnet. Koronale Löcher sind die Quelle des schnellen Sonnenwindes. Wenn der Sonnenwind mit hoher Geschwindigkeit die Erde erreicht, kann er leuchtende Polarlichter erzeugen. Allerdings sind die durch koronale Löcher verursachten geomagnetischen Stürme und Polarlichter weit weniger hell und aktiv als jene, die durch koronale Massenauswürfe verursacht werden. Auch mäßige Sonnenwinde können Polarlichter erzeugen, sodass es in manchen Gebieten selbst ohne größere geomagnetische Stürme oft nur schwache Polarlichter gibt.

Um die Tagundnachtgleiche im Frühling und Herbst ist die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Polarlichtern größer als im Winter und Sommer. Dies liegt daran, dass die Rotationsachse der Erde senkrecht zu den Magnetfeldlinien der Sonne steht und der Effekt am besten ist, wenn sich die beiden Magnetfeldlinien überlappen. Nach der Frühlingstagundnachtgleiche ist die Zeit, in der man nachts Polarlichter sehen kann, nicht so lang wie nach der Herbsttagundnachtgleiche.

Dieses Bild zeigt die Magnetosphäre und den Ort der Elektronenbeschleunigung (roter Bereich links). Im roten Bereich auf der rechten Seite werden die Elektronen beschleunigt, um die nächtlichen Polarlichter zu erzeugen. Außerdem ist er die Quelle des geomagnetischen Sturmprozesses. Bildquelle/NOAA/SWPC

Farben und Formen der Aurora

Die Polarlichter, die wir normalerweise im Internet, im Fernsehen und in Zeitungen sehen, sind meist grün, aber tatsächlich gibt es Polarlichter in vielen Farben. Dies hängt mit der Zusammensetzung der Erdatmosphäre zusammen. Der Sauerstoff- und Stickstoffgehalt der Atmosphäre bestimmt die Farbe der Aurora. Der Sauerstoff- und Stickstoffgehalt variiert in unterschiedlichen Höhenlagen.

Am höchsten Punkt erscheint das rote Polarlicht. Es entsteht dadurch, dass der Sonnenwind mit Sauerstoffatomen in 300 Kilometern Entfernung reagiert und dabei 630 Nanometer rotes Licht ausstrahlt. Polarlichter dieser Farbe sind nicht leicht zu erkennen und können nur bei starker Sonnenaktivität auftreten. Grüne Polarlichter treten in mittleren Höhen auf und entstehen durch die Reaktion des Sonnenwinds mit dichten Sauerstoffatomen in einer Höhe von 120 bis 400 Kilometern, wobei 557 Nanometer grünes Licht ausgestrahlt werden. An den tiefsten Punkten erscheinen violette Polarlichter, die von Stickstoffatomen stammen.

Normalerweise sagen manche Leute, dass das sichtbare Polarlicht blassweiß ist. Dies ist nicht der Fall, es handelt sich vielmehr um eine Manifestation der Nachtsicht des menschlichen Auges. Das menschliche Auge priorisiert die Helligkeit, ohne zwischen Farben zu unterscheiden. Nur wenn das Polarlicht ausreichend hell ist, kann das menschliche Auge echtes Grün, Rot und andere Farben erkennen. Darüber hinaus sind Digitalkameras oft empfindlicher als das menschliche Auge und können Polarlichter und ihre Farben erfassen, wenn sie für das menschliche Auge zu schwach sind.

Neben unterschiedlichen Farben haben die Polarlichter auch unterschiedliche Formen. Normalerweise ähneln Polarlichter Vorhängen, die sich etwa in Ost-West-Richtung ausbreiten und sich mit dem Magnetfeld der Erde drehen und bewegen, genau wie der Wind über einen Vorhang weht. Neben vorhangförmigen Polarlichtern gibt es auch strahlenförmige Polarlichter, gleichmäßige Polarlichter usw. Darüber hinaus kann je nach Quelle der angeregten Teilchen auch in Protonen- und Elektronen-Polarlichter unterteilt werden.

Dieses Bild zeigt die magnetischen Feldlinien der Erde und die Elektronen, die entlang dieser Linien in die obere Atmosphäre gelangen. Der grün schattierte Bereich zeigt das Polarlicht-Ei mit der Mitte am magnetischen Pol. Bildnachweis: NOAA/SWPC

Bedingungen für die Beobachtung der Aurora

Ob Sie das Polarlicht sehen können, hängt hauptsächlich von zwei Faktoren ab: der geomagnetischen Aktivität (dem Grad der Störung des Erdmagnetfelds) und Ihrem Standort. Weitere zu berücksichtigende Faktoren sind Wetter, Lichtverschmutzung, Vollmond usw. am Beobachtungsort.

In höheren Breitengraden ist das Polarlicht leichter zu erkennen. Normalerweise tritt es in der Nähe des Polarkreises und des südlichen Polarkreises in einem Ringbereich auf, der sich zwischen dem 60. und 75. Breitengrad befindet und etwa 5 Grad breit ist. In Gebieten in hohen Breitengraden wie Island, Norwegen, Schweden und Alaska in den Vereinigten Staaten können in mehr als der Hälfte aller Nächte im Jahr Polarlichter beobachtet werden. Die Polarlichter am Abend und Morgen sind weniger aktiv und weniger interessant zu beobachten. Um Mitternacht sind die Polarlichter am aktivsten und hellsten. In den frühen Morgenstunden ähneln die Polarlichter eher Wolken, die immer wieder aufflackern und dann verblassen, wenn die Sonne im Osten aufgeht.

Wenn die Weltraumwetteraktivität zunimmt und es häufiger und stärker zu Sonnenstürmen kommt, werden sich die Polarlichter in Richtung Äquator ausdehnen und auch in niedrigeren Breitengraden auftreten. Der schwerste Sonnensturm der Geschichte ereignete sich im September 1859, das „Carrington-Ereignis“, das acht Tage lang schweres Weltraumwetter verursachte. Damals sahen manche Menschen in Gebieten in Äquatornähe sogar Polarlichter.

Das drachenförmige Nordlicht, fotografiert in Island am 6. Februar 2019. Foto: Zhang Jingyi

Sehen Sie Ihre Chancen, die Aurora zu sehen

Um herauszufinden, ob Sie eine Chance haben, Nordlichter zu sehen, müssen Sie den geomagnetischen Kp-Index (globaler Magnetfeldindex), eine Aurora-Vorhersagekarte und Ihren lokalen magnetischen Breitengrad überprüfen.

1. Geomagnetischer Kp-Index

Dies ist ein einfacher geomagnetischer Index, der zur Beschreibung der Intensität geomagnetischer Störungen innerhalb von jeweils drei Stunden eines Tages verwendet wird. Zur Unterteilung der Intensitätsstufen werden Zahlen von 0 bis 9 verwendet.

Es besteht eine ungefähre Beziehung zwischen dem Kp-Index und dem Breitengradbereich des Polarlicht-Eis. Diese Beziehung entspricht der geomagnetischen Breite, nicht der geografischen Breite.

2. Aurora-Vorhersagekarte

Helligkeit und Position der Aurora werden normalerweise als grünes Oval mit den magnetischen Polen der Erde im Zentrum dargestellt. Wenn die Aurora intensiver vorhergesagt wird, wird das grüne Oval rot. Die aktuellsten Aurora-Vorhersagekarten finden Sie auf der Seite des Space Weather Prediction Center (SWPC) der NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration).

NOAAs 30-Minuten-Vorhersagediagramm für Polarlichter, Kp=3 ruhiges Polarlicht, Kp=5 mäßiges Polarlicht, Kp=7 aktives Polarlicht, Kp=9 sehr aktives Polarlicht. Bildquelle/NOAA/SWPC

3. Geomagnetische Breite

Die geografischen Pole und die magnetischen Pole der Erde sind nicht genau deckungsgleich; der Winkel beträgt 11,5°, sodass die geografische Breite nicht mit der geomagnetischen Breite übereinstimmt und die magnetische Achse der Erde zudem in Richtung Nordamerika verschoben ist. Daher ist die geomagnetische Breite die Breite, die wir benötigen. Bitte beachten Sie, dass der Rand des Polarlichts nicht Ihren magnetischen Breitengrad erreichen muss, damit Sie es sehen können. Tatsächlich kann man es 4 bis 5 Breitengrade vom Rand des Polarlichts entfernt sehen. Kennen Sie den magnetischen Breitengrad Ihres Standorts? Hier ist eine einfache Methode, die Ihnen hilft. Die gewünschte magnetische Breite ist die geografische Breite Ihres Standorts minus etwa 10°.

Sobald Sie die magnetische Breite Ihres Standorts kennen, können Sie anhand des aktuellen geomagnetischen Kp-Index und der Aurora-Vorhersagekarte feststellen, ob Sie die Aurora sehen können. Der größte Teil meines Landes liegt in der mittleren Breitenzone. Sogar Mohe, der nördlichste Teil meines Landes, liegt nur auf dem 53. Breitengrad. Es gibt nicht viele Gelegenheiten, Polarlichter zu sehen, und die Polarlichter, die Sie höchstwahrscheinlich sehen werden, werden hauptsächlich rot sein. Und wenn Sie das Polarlicht sehen möchten, müssen Sie eine klare Nacht wählen, in der weder die Lichter der Stadt noch das Mondlicht stören.

Von Yu Jianfeng