Wie Nordlichter entstehen und warum sie leuchten

Ein Lichtspiel, angetrieben von der Sonne

Nur wenige Naturschauspiele können mit der Aurora Borealis mithalten – diesen weiten Vorhängen aus grünem, rotem und violettem Licht, die in klaren Nächten über den Polarhimmel ziehen. Doch die Nordlichter sind keine Magie: Sie sind die sichtbare Signatur einer kontinuierlichen, planetenweiten Wechselwirkung zwischen unserer Sonne, dem Magnetfeld der Erde und den Gasen in unserer oberen Atmosphäre.

Alles beginnt mit dem Sonnenwind

Die Sonne scheint nicht einfach nur – sie atmet ständig aus. Jede Sekunde schleudert sie Milliarden Tonnen geladener Teilchen (hauptsächlich Elektronen und Protonen) in einem Strom ins All, der als Sonnenwind bekannt ist. Dieser Strom bewegt sich mit etwa 400–800 Kilometern pro Sekunde und erreicht die Erde in ein bis drei Tagen, wie auf der Aurora-Wissenschaftsseite der NASA zu lesen ist.

Zusätzlich zum stetigen Sonnenwind schleudert die Sonne periodisch massive Plasmaausbrüche aus, die als koronale Massenauswürfe (CMEs) bezeichnet werden. Wenn ein CME auf die Erde trifft, verstärkt er die Aurora-Aktivität dramatisch – und macht die Lichter oft weit über die Polarregionen hinaus sichtbar.

Das Magnetfeld der Erde – und seine Schwachstellen

Die Erde ist von einem riesigen Magnetfeld umgeben, der Magnetosphäre, das durch das brodelnde, geschmolzene Eisen in ihrem äußeren Kern erzeugt wird. Dieser unsichtbare Schild lenkt den größten Teil des Sonnenwinds ab und schützt die Erdoberfläche vor schädlicher Strahlung.

In der Nähe der magnetischen Pole konvergieren die Feldlinien jedoch und tauchen wieder in den Planeten ein, wodurch trichterartige Öffnungen entstehen. Geladene Teilchen können diesen Linien bis in die obere Atmosphäre folgen – eine Region etwa 100 bis 300 Kilometer über der Oberfläche. Hier beginnt die eigentliche Lichtshow.

Kollisionen, die Licht erzeugen

Wenn energiereiche Elektronen aus dem Sonnenwind in die Atmosphäre eindringen, kollidieren sie mit Sauerstoff- und Stickstoffatomen. Jede Kollision verleiht dem Atom einen Energieschub und versetzt es kurzzeitig in einen höheren Energiezustand. Wenn das Atom in seinen Normalzustand zurückkehrt, gibt es diese Energie als Photon – ein winziges Lichtpaket – ab. Millionen dieser Kollisionen pro Sekunde, verteilt über Hunderte von Kilometern, erzeugen die leuchtenden Vorhänge, die wir vom Boden aus sehen.

Wie die Royal Museums Greenwich erklärt, ist der Prozess im Wesentlichen die gleiche Physik wie bei einer Leuchtreklame: Ein Gas anregen, es zum Leuchten bringen.

Warum so viele Farben?

Die Farbpalette der Aurora ist nicht zufällig – sie ist eine direkte Ablesung der atmosphärischen Chemie und Höhe. Laut dem Natural History Museum:

• Grün – die häufigste Farbe, erzeugt von Sauerstoffatomen in Höhen von etwa 100–300 km
• Rot – ein selteneres Leuchten in größerer Höhe von Sauerstoff über 300 km, wo die Atmosphäre so dünn ist, dass angeregte Atome länger brauchen, um ihre Energie freizusetzen
• Blau und Violett – erzeugt von Stickstoffmolekülen, oft an den unteren Rändern von Aurora-Anzeigen sichtbar
• Rosa Fransen – eine Mischung aus Rot und Blau, verursacht durch Stickstoff in den niedrigsten Aurora-Höhen

Die Geschwindigkeit und Energie der einfallenden Elektronen beeinflussen auch den genauen Farbton, was bedeutet, dass jede Anzeige subtil einzigartig ist.

Der 11-jährige Sonnenzyklus

Die Aurora-Aktivität ist nicht konstant – sie steigt und fällt mit dem eigenen magnetischen Zyklus der Sonne. Etwa alle 11 Jahre schwingt die Sonne zwischen einer ruhigen Periode (Sonnenminimum) und einem Höhepunkt intensiver Aktivität (Sonnenmaximum), wenn Sonnenflecken, Flares und CMEs weitaus häufiger auftreten. Nahe dem Sonnenmaximum sind die Polarlichter heller, häufiger und in niedrigeren Breitengraden als üblich sichtbar.

Der Sonnenzyklus 25 – der aktuelle Zyklus – erreichte sein Maximum um 2024–2025, so das Space Weather Prediction Center der NOAA. Obwohl der Höhepunkt überschritten ist, bleibt die Sonnenaktivität weit über das offizielle Maximum hinaus erhöht, und starke Flares und CMEs lösen weiterhin beeindruckende Darstellungen aus.

Nicht nur im Norden

Die Aurora Borealis hat ein südliches Spiegelbild: die Aurora Australis, die von der Antarktis, dem südlichen Chile, Neuseeland und Tasmanien aus sichtbar ist. Beide werden von identischer Physik angetrieben – der Name ändert sich einfach mit der Hemisphäre. Polarlichter erscheinen auch auf anderen Planeten mit starken Magnetfeldern, darunter Jupiter und Saturn, wo das Hubble-Weltraumteleskop lebendige ultraviolette Aurora-Ringe um die Pole aufgenommen hat.

Warum es über die Schönheit hinaus wichtig ist

Starke geomagnetische Stürme, die lebhafte Polarlichter erzeugen, können auch Satelliten, GPS-Systeme, Funkkommunikation und sogar Stromnetze am Boden stören. Das stärkste Aurora-Ereignis in der aufgezeichneten Geschichte – das Carrington-Ereignis von 1859 – legte Telegrafensysteme in ganz Nordamerika und Europa lahm. Heute überwacht die Weltraumwettervorhersage, die von Agenturen wie NOAA und ESA geleitet wird, die Sonnenaktivität kontinuierlich, um frühzeitig vor potenziell störenden Stürmen zu warnen.

Die Nordlichter sind in diesem Sinne sowohl eines der atemberaubendsten Naturschauspiele als auch eine lebhafte Erinnerung daran, dass die Erde nicht isoliert im Weltraum ist – sie wird ständig von dem Stern im Zentrum unseres Sonnensystems geformt.