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Neues Rätsel um „STEVE“

Leuchterscheinung am Himmel verblüfft mit einem weiteren unerklärlichen Merkmal

STEVE
Das STEVE-Phänomen besteht meist aus einem violett-weißlichen Lichtbogen, begleitet von einer Art "Lattenzaun" aus grünen Streifen. © Neil Zeller, CC-by-sa 2.0

Mysteriöses Leuchten: Es ist weder Polarlicht noch Airglow – und jetzt kommt ein weiteres ungeklärtes Phänomen hinzu. Die vor einigen Jahren entdeckte Leuchterscheinung „STEVE“ besteht offenbar nicht nur aus einem violett-weißen Lichtbogen mit grünem „Lattenzaun“ darunter. Forscher haben nun auch kurzlebige, sich bewegende grüne Lichtpunkte als Teil des Leuchtens entdeckt. Ihr Ursprung ist jedoch ebenso unklar wie der der restlichen STEVE-Komponenten.

Seit einigen Jahren sorgt das Phänomen STEVE (Strong Thermal Emission Velocity Enhancement) für Rätselraten unter Atmosphärenforschern. Denn auf den ersten Blick ähneln der violett-weiße Lichtbogen und seine grünlichen, oft in senkrechte Säulen aufgeteilten Begleiterscheinungen einem klassischen Polarlicht. Doch STEVE tritt weiter südlich auf als diese und scheint auch nicht mit schnellen Elektronen aus dem Sonnenwind verknüpft zu sein.

STEVE streams
An unteren Rand des „Lattenzauns“ haben Forscher jetzt ein weiteres Merkmal von STEVE entdeckt: grüne Lichtpunkte und Querstriemen. © NASA/ Neil Zeller, CC-by-sa 2.0

Aber auch zu einem Airglow passen die Merkmale von STEVE nicht. Denn dieses nächtliche Leuchten entsteht, wenn tagsüber vom UV-Licht der Sonne angeregte Gasteilchen nachts ihre Energie als Licht wieder abgeben. „STEVE passt in keine dieser beiden Kategorien“, erklärt Erstautor Joshua Semeter von der Boston University. „Diese Emissionen stammen aus Mechanismen, die wir noch nicht vollständig verstehen.“

Grüne Punkte und Schlieren

Jetzt kommt ein weiteres Rätsel hinzu. Denn das Team um Semeter hat ein weiteres Merkmal von STEVE entdeckt – und auch dieses entzieht sich vorerst einer einfachen Erklärung. Es handelt sich um kurzlebige grüne Lichtpunkte oder Streifen, die knapp unterhalb des ebenfalls grünen „Lattenzauns“ auftreten. Die bis zu 20 Sekunden langen Erscheinungen scheinen sich teilweise fast quer zu den senkrechten Streifen des „Lattenzauns“ zu bewegen.

„Diese Schlieren erscheinen nicht jedes Mal, wenn es einen Lattenzaun gibt“, erklären die Forscher. „Aber wenn man es einmal erkannt hat, sieht man dieses Phänomen in vielen Aufnahmen von STEVE.“ Aus ihren Analysen solcher Aufnahmen ermittelten sie, dass diese grünen Schlieren nur wenige hundert Meter breit sind und in einer Höhe von 100 bis 110 Kilometern leuchten – der unteren Ionosphäre.

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Lokale Erhitzung von Elektronen

Doch was erzeugt diese kurzlebigen Lichtpunkte und Schlieren? „Anders als die quasiperiodisch angeordneten grünen Lichtsäulen, die den Lattenzaun bilden, folgen diese Phänomene nicht den magnetischen Feldlinien“, berichten Semeter und sein Team. Damit scheinen diese Schlieren nicht auf den Einstrom energiereicher Partikel in das Erdmagnetfeld zurückzugehen – und demnach keine Aurora zu sein. Dagegen spricht auch die geringe Höhe, in der diese Schlieren auftreten.

Stattdessen deuten Messdaten unter anderem der SWARM-Satelliten darauf hin, dass das kurzlebige Leuchten der Punkte und Schlieren auf eine starke lokale Aufheizung von Elektronen zurückgeht. Diese regt wiederum Sauerstoffatome der Luft an und bringt sie zur Abgabe von Photonen im grünen Wellenbereich. Doch was diese lokalen Anregungen auslöst, bleibt unklar.

Keine gängige Erklärung passt

„Bisher lässt sich nichts an diesem neuen, mit STEVE assoziierten Leuchtphänomen mit unserem klassischen Verständnis von Polarlichtern und Airglow erklären“, schreiben Semeter und seine Kollegen. „Der Ursprung und die Bedeutung dieser ungewöhnlichen Merkmale bleiben momentan reine Spekulation.“

Um die vielen noch offenen Fragen zu STEVE und seinen Begleiterscheinungen zu lösen, wollen die Wissenschaftler weiterhin eng mit der Citizen-Science-Community zusammenarbeiten, die bislang einen Großteil der STEVE-Aufnahmen geliefert hat. Zudem erhoffen sie sich neue Erkenntnisse auch von der Sonnenwindforschung. „Wir müssen die Kluft zwischen der theoretischen Forschung zur Plasmaerhitzung und den Beobachtungsdaten über thermisch angeregte optische Phänomene überbrücken“, so Semeter und sein Team. (AGU Advances, 2020; doi: 10.1029/2020AV000183)

Quelle: NASA/Goddard Space Flight Center

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