Woher die Leuchtkraft der Polarlichter stammt

Los Angeles (USA) - Bewohner der hohen Breitengrade haben häufiger das Glück, die in unterschiedlichen Farben schimmernden Polarlichter zu bestaunen. Sie stammen von schnellen Elektronen, die durch das Magnetfeld der Erde an den Polen gebündelt werden und dann auf die oberen Atmosphärenschichten prasseln. Sind die Teilchen zahlreich und energiereich genug, erzeugen sie am Himmel ein farbenfrohes, flackerndes Leuchten, das auch unter dem wissenschaftlichen Namen Aurora Borealis bekannt ist. Auf welche Weise der Sonnenwind seine Energie auf die Elektronen überträgt und somit die Polarlichter verursacht, ist bislang aber noch schlecht erforscht. Ein internationales Team von Planetenforschern hat nun eine seltene Gelegenheit genutzt, bei der sich gleich mehrere Satelliten in unterschiedlicher Entfernung im Windschatten der Erde befanden. Wie die Forscher im Fachblatt „Science“ schreiben, konnten sie dadurch die der Sonne abgewandte Nachtseite der Erde genau untersuchen.

„Wir haben die Tatsache genutzt, dass gleich acht Raumsonden sich hinter der Erde befanden“, berichtet Vassilis Angelopoulos von der University of California in Los Angeles. Zwei dieser Raumsonden sind die erst vor kurzer Zeit in Dienst gegangenen Artemis-Orbiter, die den Mond umkreisen. Hinzu kamen noch drei THEMIS-Satelliten, die auf unterschiedlichen Bahnen die Erde umlaufen und ihr Magnetfeld untersuchen. Außerdem konnten die Forscher noch auf drei ältere Satelliten zurückgreifen, die bereits seit Jahrzehnten im Einsatz sind.

Die Daten der Raumsonden zeigen, dass sich im Windschatten der Erde langgestreckte Verwirbelungen des Erdmagnetfelds ausbilden. Diese schließen sich an einigen Stellen kurz. Bei diesen Rekonnexion genannten Umorientierungen der magnetischen Feldlinien wird viel Energie freigesetzt. Dadurch erhitzt sich das Plasma im Erdschatten und es kommt zu starken elektrischen Strömen, die sich im dünnen Plasma des Weltalls über viele Erdradien ausbreiten können. Auf diese Weise setzt sich die Energie des Sonnenwindes um in die Energie von Elektronen im Windschatten der Erde. Ein gewisser Teil dieser hochenergetischen Elektronen wiederum wandert Richtung Erde, wo sie rund um die Pole das bekannte Leuchten erzeugen.