In bestimmten geographischen Breiten der nördlichen wie auch südlichen Hemisphäre erhellen hin und wieder Polarlichter, auch Aurora borealis (Nordlicht) oder Aurora australis (Südlicht) genannt, den sternenklaren Nachthimmel. Zwar mögen diese Lichterscheinungen wunderschön anzusehen sein, allerdings geht von ihnen auch ein nicht zu vernachlässigendes Gefahrenpotenzial aus.
Polarlichter sind die Folge geomagnetischer Stürme. Hierbei handelt es sich um eine Störung der Magnetosphäre, einem Bereich der oberen Erdatmosphäre, die durch das Auftreten umfangreicher Sonneneruptionen bzw. koronaler Massenauswürfe (KMA) hervorgerufen werden. Diese koronalen Massenauswürfe bedingen sogenannte Sonnenwinde, die sich mit einer Temperatur von zum Teil über einer Millionen Grad und einer Geschwindigkeit von bis zu 300 km/s in Richtung Erde fortbewegen. Ein durch Sonneneruptionen verursachtes und zugleich besonders stark ausgeprägtes Ereignis wird als Sonnenfackel bezeichnet und verursacht für gewöhnlich die stärksten geomagnetischen Stürme.
Abbildung 2: Schematische Darstellung der NASA eines Sonnensturms bzw. koronalen Massenauswurfs (orange) und der dadurch verursachten Sonnenfackel (rot) beim Erreichen der Megnetosphäre (lila) sowie des Erdmagnetfelds (blau).
Wie in der oberen Abbildung zu erkennen, ist das Erdmagnetfeld an Nord- und Südpol am stärksten ausgeprägt. Die ankommenden Sonnenwinde sorgen beim Aufprall auf die Magnetosphäre zu einer Verformung des Erdmagnetfelds. Dabei werden die Erdmagnetfeldlinien an der sonnenzugewandten Seite stark gedrängt, was in diesem Bereich eine Zunahme der durch die geladenen Sonnenwindpartikel induzierten Ströme zur Folge hat. Die so entlang der Magnetfeldlinien bewegten elektrischen Ladungen treten im Bereich von Nord- und Südpol verstärkt in die obere Atmosphäre, die sogenannte Ionosphäre, ein. Hier reagieren diese mit den in der oberen Atmosphäre vorhandenen Gasen und sorgen so für die wunderschönaufleuchtenden Auroras. Das Farbspektrum der Polarlichter ist dabei von der Entstehungshöhe in der Atmosphäre bzw. von dem dort am meisten vorhandenen Gas abhängig. Während grüne Polarlichter durch die Wechselwirkung mit Sauerstoff entstehen, sorgt Helium für rotes und Stickstoff für blaues Leuchten. In welcher Entfernung zu den Polen schließlich Polarlichter zu sehen sind, ist schlussendlich von der Stärke der geomagnetischen Stürme und der damit einhergehenden Verformung des Erdmagnetfelds abhängig. In den Wintermonaten lässt sich die Aurora borealis besonders gut in den nördlichen Teilen Skandinaviens und Nordamerikas beobachten. In seltenen Fällen können während besonders stark ausgeprägten geomagnetischen Stürmen auch weiter südlich Auroras auftreten, wie beispielsweise in Dänemark oder sogar in Norddeutschland. In der Regel halten geomagnetische Stürme ein paar Tage an, bevor sie wieder allmählich an Intensität verlieren.
Trotz der Schönheit von Polarlichtern sollte man nicht den Fehler machen, davon ausgehen, dass geomagnetische Stürme ausschließlich positive Nebenerscheinungen mit sich bringen. Abhängig von ihrer Intensität können geomagnetische Stürme nämlich auch teils schwerwiegende Folgen auf die Erde und unser Leben haben und das obwohl die Magnetosphäre uns eigentlich vor den hochenergetischen Teilchen einer Sonneneruptionen schützt. Denn gerade weil die bei einer Sonneneruption freigesetzten Partikel so energiereich sind, besteht die Gefahr, dass diese wiederum Ströme induzieren, die unmittelbar zu Schäden am Stromnetz oder an Satelliten führen können. Die größte Gefahr stellen geomagnetische Stürme allerdings für die Kommunikationsverbindung und damit einhergehend für den Flugverkehr dar. So mussten aufgrund der Vorhersage geomagnetischer Stürme schon öfter Linienflüge weiträumig um Nord- und Südpol umgeleitet werden. Im folgenden Schaubild von F. Michael Maloof (ehemaliger Sicherheitsanalyst des amerikanischen Verteidigungsministeriums) sind verschiedene Auswirkungen von Sonnenstürmen auf die Erde dargestellt.
Abbildung 3: Auswirkung der durch Sonnenstürme geomagnetisch induzierten Ströme auf unser Leben.
Das Vorhersagen geomagnetischer Stürme stellt sich als sehr schwierig dar, da gleich mehrere verschiedene Variablen in die Prognose des Weltraumwetters miteinfließen. Doch nähert sich ein Sonnensturm der Erde, so können eine Vielzahl an Informationen gesammelt werden, die wiederum eine recht genaue Vorhersage ermöglichen. Das Zentrum für Weltraumwetter-Vorhersage verwendet dabei unterschiedliche Kennzahlen, um den genauen Zeitpunkt des Eintreffens und die Stärke des Sonnensturms zu berechnen. Zwei der bekanntesten Kennzahlen sind der K-Index und der planetare A-Index. Der K-Index beschreibt dabei inwieweit sich die Horizontalkomponente des Erdmagnetfelds innerhalb von drei Stunden ändert, während der planetare A-Index den Tagesdurchschnitt der geomagnetischen Aktivität angibt. In der unteren Tabelle sind nun vom Zentrum für Weltraumwetter-Vorhersage ein paar Werte und deren Bedeutung aufgelistet.
Tabelle 1: Kategorisierung des planetaren A- und K-Index.
Wirft man momentan einen kurzen Blick auf die aktuelle Weltraumwetter-Vorhersage für Anfang Oktober, so sind gewisse Anzeichen für geomagnetische Stürme zu erkennen, allerdings sind diese eher von geringem Ausmaß.
Das Artikelbild ist eine Aufnahme des NASA-Astrophysikers James Spann vom 1. März 2011 aus Poker Flat, Alaska (USA)