Polarlicht: Rätselhafte Ausbrüche aufgeklärt

Anders als gedacht: Forscher haben herausgefunden, wie die plötzlichen Helligkeits-Ausbrüche bei Polarlichtern entstehen. Wahrscheinlich spielen dabei rotierende Wirbel aus geladenen Teilchen eine entscheidende Rolle. Entladen diese Plasma-Wirbel ihre Energie, dann kommt es zu einem plötzlichen Ladungs-Übergang, der ein bestehendes Polarlicht hell aufleuchten lässt.

Polarlichter entstehen, wenn energiereiche Teilchenströme von der Sonne mit dem Magnetfeld und der Ionosphäre der Erde interagieren. Doch die Feinheiten dieses Prozesses sind noch immer nicht vollkommen aufgeklärt. So gelang es Forschern erst vor kurzem, die Ursache der pulsierenden Aurore herauszufinden. Und Citizen Science soll dabei helfen, die Höhen der Auroren genauer zu bestimmen.

Plötzliche Helligkeits-Ausbrüche

Jetzt könnten Yusuke Ebihara von der Universität Kyoto und sein Kollege Takashi Tanaka von der Universität Kyushu ein weiteres Rätsel dieser leuchtenden Schleier gelöst haben: Wie und warum manche Polarlichter plötzlich hell aufflammen. Bei diesem sogenannten Auroral Breakup scheint ein Teil eines Polarlichts plötzlich geradezu zu explodieren und nimmt plötzlich stark an Helligkeit zu.

Hier sieht man das plötzliche Aufleuchten eines Teils des Polarlicht-Ovals. © Kyoto University

Bisher gab es für die Entstehung dieser Polarlicht-Stürme nur Teilerklärungen. Einige gingen davon aus, dass eine Beschleunigung des Plasmas beim Kontakt zweier magnetischer Feldlinien diese Ausbrüche erzeugt. Andere sahen in einem elektrischen Teilchenstrom in Erdnähe die Ursache, der in die Ionosphäre hinauf abgelenkt wird und dort die Aurora aufleuchten lässt.

Rotierendes Plasma als Ursache?

„Diese Theorien versuchten, einzelne Mechanismen zu beschreiben, aber wenn es darum ging, das Phänomen als Ganzes zu erklären, gab es Widersprüche“, erklärt Ebihara. „Es fehlte der Blick auf das ganze Bild.“ Genau dies könnte den beiden Forschern nun mit Hilfe einer Simulation gelungen sein. Ihrer Ansicht nach liefert sie eine logische Erklärung für diese Aurora-Ausbrüche von deren Anfang bis Ende.

Den neuen Erkenntnissen nach beginnt ein solcher Auren-Ausbruch, wenn sich heiße, geladenen Teilchen knapp über der oberen Atmosphäre der Polarregionen sammelt. Weil sich dort Magnetfeldlinien immer wieder berühren, bringt dies das Plasma zur Rotation. Diese rotierenden Plasma-Wirbel erzeugen elektrische Ströme, die sich dann in die Ionosphäre hinein entladen und dabei die plötzlichen Aufhellungen der Aurora bewirken.

„Das ist ganz anders, als wir Weltraumphysiker es uns vorgestellt hatten“, sagt Ebihara. Die neuen Erkenntnisse könnten seiner Ansicht nach aber dazu beitragen, solche Polarlicht-Ausbrüche besser vorherzusagen. Denn die dabei freiwerdende Energie kann Stromnetze und niedrig fliegende Satelliten beeinträchtigen und stören. (Journal of Geophysical Research, 2015; doi: 10.1002/2015JA021697)

(Kyoto University, 22.12.2015 – NPO)