Wenn die elektrisch geladenen Teilchen des Sonnenwinds auf die Erdatmosphäre treffen, bleibt das nicht ohne Folgen: Dort wo das Magnetfeld die 1000 bis 2000 km/h schnellen Protonen und Elektronen nah genug an die Erde heranlässt, können sie die Atome in der Atmosphäre ionisieren und zum Eigenleuchten anregen. Spektakuläre Polarlichter in mannigfaltigen Formen entstehen - meist in einer Höhe von rund 100 Kilometern.

Die Fotos:

Die farbenfrohen Himmelserscheinungen, die die meisten Menschen auf der Erde mit Polarlichtern in Verbindung bringen, werden durch Elektronen erzeugt. Fast genauso hell, aber weitaus weniger strukturiert, sind die von Protonen erzeugten Nordlichter.

Der vor einem Jahr gestartete "Image"-Satellit ("Imager for Magnetopause-to-Aurora Global Exploration") der Nasa hat nun erstmals die beiden Erscheinungen auf Film gebannt - zumindest aus einer globalen Perspektive. Die Fotos zeigen, wie sich die Elektronen- und Protonen-Polarlichter über rund eine Stunde hinweg entwickeln. Dabei stellt das Gitternetz die Längen- und Breitengrade der Erde dar; der Nordpol befindet sich im Schnittpunkt beinahe gerader Längenkreise.

Der Hintergrund:

Anhand der Satellitenaufnahmen konnten die Astronomen der University of California in Berkeley, die die Ultraviolett-Kamera an Bord der Sonde betrieben, neue Erkenntnisse über Polarlichter gewinnen: So entwickeln sich die beiden Arten nicht nur unterschiedlich, sie beeinflussen sich wahrscheinlich sogar gegenseitig. Zuerst sind die Protonen-Erscheinungen zu sehen, dann treten die Elektronen-Effekte auf.

Die Bilder zeigen ebenfalls, dass die eher diffusen Nordlichter bei geringeren Breiten wohl durch Protonen und Elektronen hervorgerufen werden. Je näher Beobachter dem Nordpol kommen, desto größer wird die Bedeutung der negativ geladenen Teilchen: Die besonders auffälligen, deutlich strukturierten Lichter bei hohen Breiten sind vor allem auf Elektronen zurückzuführen.

Die Unterschiede liegen in der Natur der elektrisch geladenen Teilchen: Protonen werden in der Regel sehr schnell neutralisiert, verlassen also die magnetischen Feldlinien und fliegen in alle Richtungen. Elektronen dagegen behalten ihre Ladung bei, folgen also - auch nach Kollisionen mit anderen Atomen - relativ stur den Vorgaben des magnetischen Feldes. Auf diese Weise können die bekannten, an Vorhänge aus Licht erinnernden Elektronen-Polarlichter entstehen.

Die Kamera:

Der solare Sturm, der im Juni vergangenen Jahres für die fotografierten Polarlichter verantwortlich zeichnete, war nach Angaben der beteiligten Wissenschaftlern sehr schwach. Dennoch ist es der Ultraviolett-Kamera an Bord der "Image"-Sonde gelungen, detaillierte Aufnahmen zu liefern - im äußerst kurzwelligen Bereich des ultravioletten Spektrums.

Dabei deckt die Kamera drei Wellenlängenbereiche ab, die Emissionen von Wasserstoff-, Sauerstoff- und Stickstoff-Atomen möglich machen. Der "Image"-Satellit fliegt dabei rund 50.000 Kilometer über der Erde. Hoch genug, um eine direkte Sichtverbindung bis nach Berkeley zu garantieren und somit Beobachtungen in Echtzeit möglich zu machen.