Polarlicht und Weltraumwetter

Wie ein Polarlicht entsteht

Die Sonne gibt ständig einen Strom geladener Teilchen ab, den Sonnenwind. Bei einem Ausbruch schleudert sie zusätzlich eine riesige Wolke aus Teilchen und Magnetfeld ins All, einen koronalen Massenauswurf. Trifft er ein bis vier Tage später auf das Magnetfeld der Erde, kann er es kräftig durchschütteln: ein geomagnetischer Sturm. Dabei werden Teilchen in die obere Atmosphäre gelenkt, wo sie Sauerstoff und Stickstoff zum Leuchten bringen — in rund 100 bis über 200 km Höhe, weit oberhalb von allem Wetter. Dieses Stockwerk heißt Thermosphäre; wie es über Wetterschicht, Ozonschicht und Mesosphäre liegt und warum es dort trotz Hunderter Grad niemanden wärmen würde, zeigt Aufbau der Atmosphäre.

Die Farben verraten die Höhe: Grün kommt von Sauerstoff in den unteren Schichten und ist am häufigsten. Rot stammt ebenfalls von Sauerstoff, aber aus größerer Höhe — deshalb sieht man in Deutschland, weit südlich des Polarlichtovals, oft vor allem den roten oberen Rand. Violette und bläuliche Töne kommen von Stickstoff.

Der Kp-Index

Wie stark das Erdmagnetfeld gestört ist, fasst der Kp-Index zusammen: eine Skala von 0 (ruhig) bis 9 (extremer Sturm), ermittelt alle drei Stunden aus Magnetfeldmessungen rund um die Welt. Berechnet wird er vom GFZ in Potsdam. Der US-Weltraumwetterdienst übersetzt ihn in fünf Sturmstufen: G1 entspricht Kp 5, G5 entspricht Kp 9.

Der Sturm im Mai 2024 erreichte die höchste Stufe G5, zum ersten Mal seit 2003. Häufiger sind solche Ereignisse in den Jahren um das Maximum des etwa elfjährigen Sonnenzyklus; das aktuelle Maximum lag nach heutigem Stand um 2024/2025.

Warum die Vorhersage so unsicher ist

Dass ein Massenauswurf unterwegs ist, sieht man auf Sonnenbildern sofort. Zwei Dinge weiß man aber lange nicht:

• Wann er ankommt. Die Laufzeit lässt sich nur auf viele Stunden genau schätzen. Kommt er mittags statt nachts, sieht man in Deutschland nichts, egal wie stark er ist.
• Wie sein Magnetfeld ausgerichtet ist. Nur wenn es der Erde „entgegen“ zeigt (in der Fachsprache: Bz nach Süden), koppelt die Energie richtig ein. Das lässt sich vorher nicht zuverlässig berechnen. Man misst es erst, wenn die Wolke an Messsonden vorbeizieht, die rund 1,5 Millionen Kilometer vor der Erde stehen — je nach Tempo etwa 15 bis 60 Minuten, bevor sie die Erde erreicht.

Eine Polarlicht-Vorhersage für „heute Nacht“ ist deshalb immer eine Wahrscheinlichkeit mit großer Spanne — ganz ähnlich einer Gewittervorhersage auf der Erde (Hitzegewitter). Und wie beim Wetter gilt: Wer nur eine Zahl zeigt, verschweigt die Spanne.