In der Nacht vom 10. auf den 11. Mai 2024 war der Himmel über Göttingen und dem südlichen Niedersachsen plötzlich nicht mehr nur dunkel. Ein grünes Polarlicht leuchtete in geringerer Höhe, darüber lag ein roter Schimmer. Dazwischen zogen helle Strahlen vom roten bis ins grüne Leuchten – ein Anblick, der eher nach Science-Fiction aussah als nach einer klaren Frühlingsnacht.

Forschende aus Deutschland und dem Ausland haben nun private Aufnahmen aus Göttingen und Umgebung ausgewertet. Die durchgehenden Strahlen, die beide Farbbereiche verbinden, seien in dieser Form bislang nicht in wissenschaftlichen Veröffentlichungen beschrieben worden. Beteiligt waren unter anderem die TU Braunschweig, das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, das Fraunhofer IST und die Universität Göttingen.

Ein Polarlicht in zwei Farben

Das internationale Team verglich die Fotos mit Daten zum Sonnenwind und zu Störungen des Erdmagnetfelds. Der Sonnensturm im Mai 2024 war der zweitstärkste seit 1958 – stark genug, um Polarlichter bis nach Südniedersachsen zu bringen.

Rote Polarlichter erscheinen bei heftigen Sonnenstürmen in mittleren Breiten typischerweise in Höhen zwischen etwa 200 und 800 Kilometern. Lange ließ sich ihr Entstehungsmechanismus jedoch nicht eindeutig überprüfen, weil Satellitenmessungen aus diesen Höhen fehlten.

Für das grüne Leuchten ist der Vorgang besser bekannt: Schnelle Elektronen dringen entlang der Magnetfeldlinien in etwa 85 bis 130 Kilometer Höhe in die Atmosphäre ein und regen dort Sauerstoffatome zum Leuchten an. Die neue Auswertung deutet nun darauf hin, dass rotes und grünes Polarlicht durch denselben physikalischen Prozess ausgelöst werden können. Hochenergetische Elektronen von der Sonne dürften demnach für beide Farben verantwortlich sein.

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Yasuhito Narita von der TU Braunschweig und Bruce Tsurutani gehören zu den Forschenden, die weitere Beobachtungen sammeln möchten. Wer Polarlicht fotografiert, kann die Bilder an theoretische-physik@tu-braunschweig.de oder Bruce.Tsurutani@gmail.com schicken. Besonders brauchbar sind Aufnahmen mit einer Belichtungszeit von höchstens sechs Sekunden, weil darauf die charakteristischen Strahlen erkennbar bleiben.

Zum Forschungsteam zählen außerdem das Indian Institute of Geomagnetism, die University of Science and Technology of China und das British Antarctic Survey. Seit 2024 waren über Südniedersachsen mehrfach Polarlichter zu sehen. Die Sonnenaktivität nimmt derzeit wieder ab, starke Ausbrüche sind aber weiterhin möglich.

Wenn die Sonne unruhig wird

Die Sonne durchläuft ungefähr alle elf Jahre einen Aktivitätszyklus. In einer besonders aktiven Phase schleudert sie schnelles Plasma und Magnetfelder ins All. Treffen diese auf die Magnetosphäre der Erde, kann magnetische Rekonnexion Energie aus dem Sonnenwind übertragen und Polarlichter auslösen.

Sonnenstürme sind heftige Störungen in der Sonnenatmosphäre, bei denen Energie in den Weltraum frei wird. Eine Ursache sind Sonneneruptionen – explosionsartige Freisetzungen magnetischer Energie auf der Sonnenoberfläche. Eine andere sind koronale Massenauswürfe, kurz CMEs: Wolken geladener Teilchen, die sich mit Millionen Meilen pro Stunde ausbreiten.

Besonders häufig und stark treten solche Ereignisse während des Sonnenmaximums auf, dem Höhepunkt des etwa elfjährigen Zyklus. Dann nimmt auch die Sonnenfleckenaktivität zu, und die Erde wird anfälliger für geomagnetische Stürme. Das Solar Dynamics Observatory der NASA und das Space Weather Prediction Center der NOAA beobachten die Sonne, um mögliche Auswirkungen vorherzusagen.

Gelangen energiereiche Teilchen in die Magnetosphäre, können sie Atome und Moleküle in der Atmosphäre anregen. Im Norden heißt das Schauspiel Aurora Borealis, im Süden Aurora Australis. Je nach Höhe und Zusammensetzung der angeregten Gase entstehen grüne, rote oder violette Lichterscheinungen. Bei starken Stürmen reicht der Blick auf Polarlichter Hunderte Kilometer weit über die Polargebiete hinaus – bis eben nach Südniedersachsen.

Schön am Himmel, heikel für Technik

So hübsch der Himmel dabei aussieht: Geomagnetische Stürme können die obere Atmosphäre verändern, Funk- und Satellitenkommunikation stören und in Extremfällen Stromnetze beschädigen. Beim Stromausfall in Québec 1989 unterbrach eine geomagnetische Störung die Stromversorgung von Millionen Menschen für mehrere Stunden.

Auch im All bleibt die Sache nicht folgenlos. Die Erde besitzt normalerweise zwei Van-Allen-Strahlungsgürtel, in denen energiereiche Teilchen eingefangen werden. Bei erhöhter Sonnenaktivität können sich vorübergehend weitere Gürtel bilden. 2012 entdeckten die Van-Allen-Sonden der NASA einen dritten, nur vorübergehend bestehenden Gürtel. Er hielt mehrere Wochen und wurde anschließend durch eine Schockwelle zerstreut.

Solche kurzlebigen Strahlungsgürtel können Satelliten und künftige bemannte Missionen gefährden. Raumfahrtagenturen wie die NASA und die Europäische Weltraumorganisation geben deshalb Warnungen und Hinweise heraus, um Risiken zu verringern.

Mit dem Herannahen des nächsten Sonnenmaximums wird wieder zunehmende Sonnenaktivität erwartet. Polarlichter könnten dann häufiger und weiter entfernt von den Polen sichtbar sein, während zugleich das Risiko technischer Störungen steigt. Wissenschaftler untersuchen Sonnenwinde und die Wechselwirkung zwischen Sonnenwind und Erdmagnetfeld, verbessern Vorhersagemodelle und wollen kritische Infrastruktur schützen. Laufende Weltraummissionen und bodengestützte Messnetzwerke beobachten diese Wechselwirkungen weiter – und vielleicht liegt die nächste wichtige Aufnahme ja schon auf einem Handy in Göttingen.