Eine farbenfrohe Nacht

Das wunderschöne Lichtspektakel, das in verschiedenen Teilen Deutschlands zu sehen war, verdankt seine Entstehung einem gigantischen Phänomen, das sich auf der Sonne abspielt. Unsere Sonne hat die Tendenz, den größten Teil ihrer elektromagnetischen Strahlung auf einen begrenzten Bereich ihrer Oberfläche zu konzentrieren. Wenn das Magnetfeld der Sonne lokal so stark wird, dass es die geladenen Teilchen in seinem Inneren über einen langen Zeitraum einfängt und beschleunigt, wird dieser magnetische Bereich immer größer, bis die Schwerkraft der Sonne ihn nicht mehr halten kann. Dann werden all diese Teilchen, die so lange beschleunigt wurden, plötzlich freigesetzt. „Das Ergebnis ist, dass breitbandige Strahlung von Radiofrequenz bis zu Gammastrahlen sowie geladene Teilchen, die mit hoher Geschwindigkeit emittiert werden. Einige davon erreichen sogar die Erde ", erklärt Dr. Keyhan Golyari, Physiker im Attoworld-Team am Max-Planck-Institut für Quantenoptik. Er hat ihn jener Nacht im Mai seine Kamera aus dem Fenster gehalten und das Naturschauspiel in tollen Bildern eingefangen.

Weiter erklärt er, was passiert, wenn diese Sonneneruptionen auf die Erde treffen: „Unsere kugelförmige Heimat hat glücklicherweise einen magnetischen Kern und eine Schicht, die Magnetosphäre genannt wird. Wenn nun diese Schwärme von Sonnenteilchen auf die Erde zurasen, stören sie die Ruhe der Magnetosphäre und so beginnen die Ladungsteilchen in dieser Schicht zu blenden. Dabei werden wiederum geladene Teilchen im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums abgestrahlt."

Normalerweise sind die Sonneneruptionen schwach oder gar nicht auf uns gerichtet, so dass man diese atemberaubenden Ereignisse nur dort beobachten kann, wo das Magnetfeld der Erde stark genug ist, wie an den Polen. Das liegt daran, dass die Magnetfeldlinien an den Polen dichter sind und die Teilchen des Sonnenwindes in tiefe Atmosphärenschichten gezogen werden (siehe Grafik). Glücklicherweise mussten wir dieses Mal nicht zum Nord- oder Südpol reisen, um sie zu sehen. Der Grund warum wir die Polarlichter diesmal in Deutschland zu sehen bekamen, ist anscheinend, dass stärkere Sonneneruptionen einen geomagnetischen Sturm der höchsten Stufe G5 verursachten. Ein geomagnetischer Sturm ist eine temporäre Störung des Erdmagnetfeldes, die durch starke Sonnenwindströme verursacht wird. Der geomagnetische Sturm am 11. Mai war einer der stärksten, die seit 2003 beobachtet wurden. „Aber wenn die Sonne ein so großes Lichtspektakel hervorbringt, wie wir es vor ein paar Nächten hatten, dann können natürlich auch in Breiten mit einem schwächeren Magnetfeld die gleichen unglaublichen Sonnenshows erleben. Und ich hatte das Glück, diesen himmlischen Tanz zu fotografieren", sagt Keyhan erfreut.

Darüber hinaus erklärt Keyhan, dass die Farbe der Polarlichter von der Höhe abhängt. „In der obersten Höhe erscheint die rote Farbe durch die Emission von Photonen aus angeregten Sauerstoffatomen bei 630 Nanometer (nm) Wellenlänge. In geringerer Höhe wird die rote Strahlung aufgrund von Teilchenkollisionen unterdrückt und es entsteht grünes Licht um 557,7 nm. Und in noch geringerer Höhe kommt molekularer Stickstoff zum Tanzen und strahlt bei 428 nm (d. h. violette Strahlung)". Deshalb können wir ein so vielfältiges Farbenspiel erleben.

Wie hat Keyhan die Bilder aufgenommen? „Ich habe die Bilder mit einer Canon EOS R8 Kamera mit einem 24-105 mm Objektiv aufgenommen. Ich habe ISO 24000, Blende 5,6 und eine Blendenöffnung von 1/4 verwendet. Mit dem Handy ist es dasselbe. Man braucht eine hohe ISO-Zahl und eine lange Belichtungszeit", erklärt Keyhan.

Nun fragen man sich vielleicht, warum ein Attosekundenphysiker Bilder von einem astronomischen Ereignis macht? „Erstens ist die Physik aus der Betrachtung des Himmels entstanden, zweitens ist meine Disziplin, die Attosekundenphysik, hauptsächlich Spektroskopie im Zeitbereich. In der Astronomie geht es ebenfalls hauptsächlich um die Messung von Signalen, die vom Himmel kommen, und deren spektroskopische Untersuchung“, erklärt Keyhan. „Abgesehen davon, wusste ich nicht einmal, dass es in dieser Nacht eine Sonneneruption geben würde, ich wusste nur, dass es eine schöne Konjunktion des Mondes mit den beiden Sternbildern Zwillinge und Auriga gab“ (siehe Abbildung oben), erinnert er sich. „Da ich mitten im Nirgendwo wohne, war es für mich ein Leichtes, hinauszugehen und den Mond zu fotografieren, aber dann wurde mir klar, dass da noch etwas anderes vor sich ging, das sich als Sonneneruption herausstellte, die auf unsere Atmosphäre traf, ich hatte also Glück.”

Wie Keyhans Polarlichtbilder ging es auch den meisten Entdeckungen: Sie waren nicht geplant. „Manchmal sucht man nach etwas anderem und findet am Ende doch etwas besseres", schmunzelt Keyhan, dessen Interesse an der Astronomie durch seine Bachelor-Zeit in Teheran, Iran, geweckt wurde, wo die iranische Wüste einen perfekten Ort bot, um die Sterne zu betrachten. In jener Nacht in diesem Mai hatte der Hobbyastronom nun ein wenig Glück genau vor seiner Haustür.