Geisterhaftes Flackern: Mit einer Highspeed-Kamera haben Forscher ein ungewöhnliches Polarlicht-Phänomen eingefangen: eine Aurora, die extrem schnell pulsiert. 50 bis 80 Mal in der Sekunde wird das Leuchten heller und wieder dunkler – und damit viel schneller als bei den bisher bekannten pulsierenden Auroren. Zudem tritt dieses Highspeed-Flackern gleichzeitig mit dem langsameren Pulsieren auf. Eine Theorie, warum das so ist, haben die Forscher bereits.
Polarlichter erscheinen meist als grünlich oder rötlich leuchtende Schleier oder vorhangartige Schlieren am Himmel. Sie entstehen, wenn die energiereichen Teilchenströme von Sonnenstürmen mit dem Erdmagnetfeld und den Teilchen der Ionosphäre wechselwirken. Entlang der Magnetfeldlinien rasen dann schnelle Elektronen in Richtung der Pole und regen bei Kollisionen die Luftteilchen zum Leuchten an.
Manche Polarlichter leuchten jedoch nicht einfach nur, sie flackern auch – und treten seltsamerweise sogar dann auf, wenn gerade gar kein Sonnensturm auf die Erde trifft. Typischerweise pulsieren sie mit einer Periode von rund einer Zehntel Sekunde. Den Grund für dieses rätselhafte Flackern haben Wissenschaftler erst vor Kurzem herausgefunden: Sauerstoffionen und Elektronen rasen spiralig um die Magnetfeldlinien herum und geben dabei – wie in einem Zyklotron – Lichtblitze ab.
Doppeltes Flackern
Ein weiteres rätselhaftes Polarlicht-Phänomen haben nun Yoko Fukuda von der Universität Tokio und seine Kollegen entdeckt. Drei Jahre lang hatten sie für ihre Studie Polarlichter am Himmel von Alaska mithilfe von Highspeed-Kameras aufgezeichnet. Als die Forscher diese Aufnahmen auswerteten, fiel ihnen etwas Seltsames auf:
Am 19. März 2016 hatte die Kamera ein besonders helles Polarlicht eingefangen, das gleich doppelt pulsierte: Die bereits bekannten Flackerfrequenzen von drei bis 15 Hertz waren von einem deutlich schnelleren Flackern überlagert. Die Aurora pulsierte zusätzlich in einem Takt von 50 bis 80 Mal pro Sekunde, wie die Forscher berichten.
Kreiselnde Wasserstoffionen
Doch was verursacht dieses Highspeed-Pulsieren? „Dieses Hochgeschwindigkeits-Flackern lässt sich nicht durch die Sauerstoffionen allein erklären“, sagt Fukuda. Denn die Taktrate der Pulse wird bei dem Synchrotron-Effekt durch die Masse der kreisenden Teilchen bestimmt – und Sauerstoffionen sind zu schwer, um so schnelle Blitze abgeben zu können.
„Deshalb müssen leichtere Ionen, beispielsweise von Wasserstoff, zu diesem schnellen flackern beitragen“, erklärt Fukuda. Dass auch solche leichten Ionen von den Magnetfeldlinien mitgerissen werden, wurde schon länger vermutet, ließ sich aber nicht beweisen – bis jetzt. „Unsere Studie liefert nun den ersten Beleg dafür, dass flackernde Auroren auch durch die Zyklotronwellen von Wasserstoffionen erzeugt werden können“, konstatieren die Forscher.
Rückschlüsse auf andere Himmelskörper
Dieser Mechanismus könnte auch erklären, warum manche Auroren in mehreren Geschwindigkeiten gleichzeitig pulsieren: „Dieses Highspeed-Flackern wurde zur gleichen Zeit registriert wie das typische Zehntel-Sekunden-Flackern“, so Fukuda. „Das passt zu der Hypothese, dass solche pulsierenden Auroren durch Multi-Ionen Zyklotronwellen erzeugt werden.“
Interessant sind diese Erkenntnisse nicht nur für die Erforschung der Polarlichter, sondern auch für Vorgänge im Magnetfeld anderer Himmelskörper. „Astronomische Objekte mit Magnetfeldern finden sich überall im Kosmos“, erklärt Koautor Ryuho Kataoka vom Nationalinstitut für Polarforschung in Tokio. „Aber die Erde ist der einzige Ort, an dem wir solche Phänomene von Nahem und in Detail studieren können.“ (Geophysical Research Letters, 2017; doi: 10.1002/2017GL072956)
(Research Organization of Information and Systems, 10.08.2017 – NPO)
