Das Magnetfeld bei Polarlichter

Das Magnetfeld der Erde ist ein unsichtbares Kraftfeld, das unseren Planeten wie ein schützender Kokon umgibt. Es entsteht tief im Inneren der Erde, im sogenannten äußeren Erdkern. Dort bewegen sich flüssige Metalle – hauptsächlich Eisen und Nickel – in ständiger Bewegung. Diese Ströme leitfähigen Materials erzeugen elektrische Ströme, die wiederum ein Magnetfeld erzeugen. Dieses Prinzip nennt man Geodynamo.

Das Magnetfeld hat zwei magnetische Pole – einen in der Nähe des geografischen Nordpols und einen in der Nähe des Südpols. Es wirkt wie ein riesiger Stabmagnet, der jedoch ständig in Bewegung ist. Die magnetischen Pole verschieben sich mit der Zeit, und das Feld selbst ist nicht gleichmäßig, sondern verändert sich ständig durch natürliche Prozesse.

Eine der wichtigsten Funktionen des Erdmagnetfelds ist der Schutz unseres Planeten vor dem Sonnenwind – einem Strom aus geladenen Teilchen, der ständig von der Sonne ausgeht. Ohne das Magnetfeld würden viele dieser Teilchen ungehindert auf die Atmosphäre treffen und sie im Laufe der Zeit zerstören. Das Magnetfeld lenkt die Teilchen ab oder leitet sie entlang seiner Feldlinien in Richtung der Polarregionen.

Dort, wo die Teilchen mit der oberen Atmosphäre kollidieren, entstehen faszinierende Lichtphänomene – die Polarlichter, auch Aurora Borealis (Nordhalbkugel) oder Aurora Australis (Südhalbkugel) genannt. Diese farbenprächtigen Erscheinungen sind also direkte Folgen der Wechselwirkung zwischen Sonnenwind und Magnetfeld.

Was bedeutet das Magnetfeld bei der Polarlichter Vorhersag?

Das Magnetfeld der Erde spielt eine entscheidende Rolle bei der Entstehung und Vorhersage von Polarlichtern. Wenn energiereiche Teilchen des Sonnenwinds auf die Erde treffen, wird ihr Weg maßgeblich vom Magnetfeld beeinflusst. Besonders dann, wenn das Magnetfeld stark gestört oder „geöffnet“ ist, können mehr Teilchen in die Atmosphäre eindringen – das erhöht die Chance auf sichtbare Polarlichter deutlich.

Für die Vorhersage nutzen Wissenschaftler verschiedene Messwerte, die das Verhalten des Magnetfelds beschreiben. Einer der wichtigsten ist der sogenannte Bz-Wert. Dieser zeigt an, ob das interplanetare Magnetfeld (IMF) – also das Magnetfeld, das der Sonnenwind mit sich bringt – nach Süden oder Norden gerichtet ist. Ist der Bz-Wert negativ (also südwärts gerichtet), kann das Sonnenwind-Magnetfeld leichter mit dem Erdmagnetfeld „koppeln“. In diesem Fall steigt die Wahrscheinlichkeit, dass energiereiche Teilchen in die Polarregionen gelangen – und Polarlichter sichtbar werden.

Ein weiterer wichtiger Wert ist der KP-Index. Dieser Index misst die weltweite geomagnetische Aktivität auf einer Skala von 0 bis 9. Je höher der KP-Wert, desto weiter südlich können Polarlichter beobachtet werden. Ab einem KP-Wert von 5 spricht man von einem geomagnetischen Sturm – dann sind Polarlichter nicht nur in Skandinavien, sondern möglicherweise auch in Mitteleuropa sichtbar.

In wie weit beeinflusst das Magnetfeld die chance auf Polarlichter?

Das Magnetfeld der Erde spielt eine zentrale Rolle bei der Entstehung und Sichtbarkeit von Polarlichtern. Wenn geladene Teilchen des Sonnenwinds auf die Erde treffen, entscheidet das Magnetfeld darüber, wie tief diese Teilchen in die Erdatmosphäre eindringen können – und somit auch, ob Polarlichter überhaupt sichtbar werden.

Besonders relevant ist dabei die Richtung und Stärke des sogenannten interplanetaren Magnetfelds (IMF), das der Sonnenwind mit sich bringt. Wenn dieses Magnetfeld südlich ausgerichtet ist (negativer Bz-Wert), kann es besonders gut mit dem irdischen Magnetfeld „koppeln“. In diesem Fall wird das Erdmagnetfeld gestört oder zeitweise „geöffnet“, wodurch mehr Teilchen in die Atmosphäre eindringen – die Chance auf Polarlichter steigt deutlich.

Für die Polarlichtvorhersage sind daher Messwerte wie der Bz-Wert und der KP-Index von großer Bedeutung. Der KP-Index gibt an, wie stark das Erdmagnetfeld aktuell gestört ist – je höher der Wert, desto wahrscheinlicher werden Polarlichter auch in südlicheren Breiten sichtbar. Ein KP-Wert ab 5 deutet auf einen geomagnetischen Sturm hin und ist ein guter Hinweis auf erhöhte Polarlichtaktivität.

Die Magnetosphäre der Erde

Die Magnetosphäre der Erde ist ein unsichtbares, aber entscheidendes Schutzschild, das unseren Planeten vor den gefährlichen Teilchen des Sonnenwinds bewahrt. Sie entsteht durch das Magnetfeld der Erde, das durch Bewegungen im flüssigen äußeren Kern aus Eisen und Nickel erzeugt wird.

Der Sonnenwind, ein Strom geladener Teilchen, der kontinuierlich von der Sonne ausgeht, könnte ohne die Magnetosphäre direkt auf die Erdatmosphäre treffen und sie stark beschädigen. Die Magnetosphäre lenkt diese Teilchen ab und verhindert so, dass sie die Erde erreichen. Dabei bildet sie eine Art Hülle, die den Planeten umgibt.

Das Magnetfeld ist an der sonnenzugewandten Seite zur Erde hin stark zusammengedrückt, während es auf der der Sonne abgewandten Seite eine lange, nach außen ragende Struktur, die sogenannte Magnetotail, bildet. Innerhalb der Magnetosphäre befinden sich verschiedene Regionen, darunter der Van-Allen-Strahlungsgürtel, der energiereiche Teilchen einfängt.

Die Wechselwirkungen zwischen dem Sonnenwind und der Magnetosphäre können beeindruckende Phänomene wie die Polarlichter erzeugen, die vor allem in hohen nördlichen und südlichen Breiten sichtbar sind. Die Magnetosphäre spielt außerdem eine wichtige Rolle für Satelliten und die Kommunikation, da sie viele schädliche Strahlen abwehrt, die sonst elektronische Geräte im Weltraum beschädigen könnten.