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Donnerstag, 18.01.2018
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Flackernd wie eine Neonröhre

Das Geheimnis der pulsierenden Polarlichter

Es gibt Polarlichter, die sich selbst mit den komplexen Modellen der Physiker lange nicht erklären ließen: die pulsierenden Auroras. Während sich die normalen Polarlichter eher langsam und graduell verändern, flackern diese wie eine defekte Neonröhre: In schnellem Wechsel leuchten diese hellen Flecken am Himmel auf und erlöschen wieder. Seltsamerweise treten sie sogar dann auf, wenn gerade gar kein Sonnensturm auf die Erde trifft.

Videoaufnahme einer pulsierenden Aurora am Nachthimmel von Alaska.


Wie in einem Zyklotron


Beobachtungen zeigen, dass die meisten dieser flackernden Polarlichter mit einer Frequenz von drei bis 15 Hertz pulsieren. Die bloße Kollision von Elektronen mit Gasteilchen der Atmosphäre kann ein so regelmäßiges, schnelles Flackern jedoch nicht erklären. Stattdessen steckt hinter dem rätselhaften Pulsieren ein anderer Mechanismus, wie Forscher vor einigen Jahren herausfanden.

Diese Lichter entstehen demnach, wenn Sauerstoffionen und Elektronen spiralig um die Magnetfeldlinien herumrasen. Weil sie bei dieser engen Kreisbewegung abgebremst werden, verlieren sie Energie. Diese geben sie bei jeder Umkreisung als Lichtblitz ab – ähnlich wie die Elektronen in einem Zyklotron oder einem Freie Elektronenlaser wie dem XFEL.

Wie schnell die so erzeugten Polarlichter pulsieren, hängt zum einen von der Masse der kreisenden Ionen und Elektronen ab: Je schwerer das Teilchen ist, desto langsamer umkreist es die Magnetfeldlinien – und das senkt die Frequenz des Flackerns. Zum anderen spielt die Stärke des Magnetfelds eine Rolle: Weil das Erdmagnetfeld in geringerer Höhe stärker ist, pulsieren die dort entstehenden Flacker-Polarlichter schneller.

Wasserstoff spielt mit


Dieser enge Zusammenhang von Teilchenmasse und Magnetfeld erklärt auch, wie eine erst im März 2016 entdeckte neue Aurora-Form zustande kommt: Yoko Fukuda von der Universität Tokio und seine Kollegen beobachteten erstmals ein Polarlicht, das ein ungewöhnliches Doppelflackern zeigte: Das normale Pulsieren wurde von einem weiteren, deutlich schnelleren Flackern überlagert. 50 bis 80 Mal in der Sekunde blitzte die Aurora auf.

Bei diesem Tempo war klar: Die sonst üblichen Sauerstoffionen können dieses Zyklotronlicht nicht abgeben. Sie sind viel zu schwer und zu langsam, um so schnell um die Magnetfeldlinien zu rasen. "Deshalb müssen leichtere Ionen, beispielsweise von Wasserstoff, zu diesem schnellen Flackern beitragen", erklärt Fukuda. Das Verhalten der Aurora war der erste Nachweis, dass auch Protonen diese Zyklotron-Variante des Polarlichts erzeugen können.
Nadja Podbregar
Stand: 12.01.2018
 
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