Astronomischer Jahresrückblick 2020

2020 war vermutlich kein schönes Jahr für viele auf der Welt. Die Corona-Pandemie hat die Welt sehr verändert. Dadurch, dass man unbedingt Kranke und Tote verhindern wollte – was nur menschlich sein sollte – konnte man allerdings die Wirtschaft nicht mehr stabil halten. Einige Branchen haben deswegen gelitten. GSA hat die Geschehnisse der Coronapandemie nur sehr nebensächlich behandelt und wollte ein Ort sein, an dem das Thema zwar vielleicht behandelt wird, allerdings nicht unser Hauptthema ist und es auch nicht sein würde. Auch wenn das Jahr in manchen Bereichen eher ein Reinfall war, gab es in der Astronomie, Astrophysik und Raumfahrt einige Höhepunkte, die ich gerne im Folgendem präsentieren mag.

Das präzise Bild der Granulen der Sonne (29. Januar)

Die unregelmäßige Blasen auf der Photosphäre der Sonne.

Gleich noch Ende Januar erreichte uns das bislang hochauflösendste Bild der Sonne, in dem man die Granulen der Sonne gut erkennen kann. Die Granulen sind wie Blasen, die als wärmere Region der Sonne in einer weniger warme Region aufsteigt und dieses einzigartigste Muster bildet. Zwischendrin kann man helle Punkte sehen, welche wahrscheinlich Ausbrüche der Sonne in kleineren Protuberanzen sein könnten. Diese kleinen hellen Flecke leiten vermutlich Energie in die Corona der Sonne, welche so sehr heißer macht, als die Oberfläche der Sonne. Das Bild ist aus dem Daniel K. Inouye Sonnenteleskop entstanden.

Das Coronavirus (Ab Ende Januar)

Ein Computermodell des SARS-COv-2-Virus, welches gerade für die Pandemie verantwortlich ist.

Das Coronavirus, genauer gesagt das SARS-COv-2 erzeugte ab Ende Januar eine dauerhafte Medienpräsenz infolge der währenden Pandemie und Tote. Die kurbelte die wissenschaftliche Untersuchung des Viruses, sowie die Entwicklung mehrerer Impfstoffe enorm an. Das prägte das ganze Jahr 2020 und hinterließ interessante Auswirkungen und Stärkungen auf die gesamte Welt der Wissenschaft, auch wenn sich die Arbeit durch u.a. Home-Office stark veränderte.

Die benannte Raumfahrtmission von SpaceX (30. Mai – 01. August; 16. November)

Das Raumschiff Crew Dragon nur wenige Minuten vor dem Andockmoment an die ISS, gesehen von der ISS aus.

Mit diesen zwei Malen starteten gleich zwei bemannte amerikanische Raumfahrtmission erfolgreich zur ISS. SpaceX sollte mit ihrer Crew Dragon und der Falcon-9-Rakete Astronauten der NASA, und in der letzten Mission auch ein Astronaut der japanischen Raumfahrtorganisation JAXA mit in der Crew Dragon zur ISS entsandte. Für SpaceX einen Erfolg, weil es auch gleichzeitig die ersten zwei bemannten Missionen für sie überhaupt waren und für die Vereinigten Staaten ein gutes Gefühl, denn nachdem das Space-Shuttle-Programm unter anderem aufgrund von sehr hohen Startkosten 2011 eingestellt worden war und sie bisher immer von den russischen Raumschiffen und Trägerraketen abhängig waren.

Der Röntgenhimmel von eROSITA (19. Juni)

Der Röntgenhimmel gesehen von der Raumsonde eROSITA, rötliche Stellen markieren Röntgenquelle niederenergetischerer Natur als die bläulichen Stellen auf dem Bild.

Das deutsch-russische Weltraumteleskop eROSITA hat zum ersten Mal den Röntgenhimmel abgelichtet und das mit einer Präzision von 10 Bogensekunden, allerdings ist das Weltraumteleskop auch eher kleiner in den Größenverhältnissen. Die erste Ablichtung des kompletten Himmels war etwa in der Jahresmitte von 2020 fertig. Dafür wurde eROSITA immer gedreht und jeder Winkel des Himmels wurde durchschnittlich für 3 Minuten belichtet. Die erfassten Wellenlängen belaufen sich von 4,13 nm bis 0,54 nm, wobei das sichtbare Spektrum von etwa 380 nm bis 850 nm reicht. Diese niedrigen Wellenlängen korrespondieren mit hohen Energien und somit kann man die Wechselwirkungspartner hochenergetischer Ereignisse beobachten. Die gesammelten Daten werden den Wissenschaftler über Jahre beschäftigen.

Der Komet NEOWISE (Juli)

Der Kometenschweif des Kometen NEOWISE.

Am 27. März 2020 wurde der Komet NEOWISE mit dem Weltraumteleskop WISE entdeckt. WISE, Wide-Field Infrared Survey Explorer in Langform, ist ein Weltraumteleskop der NASA, welches in vier Wellenlängenbänder im Infrarotbereich aktiv sucht. NEOWISE, da der zweite Missionsteil des WISE so hieß, welches Ende 2013 beginn, nachdem es nach einer inaktiven Zeit wegen der fehlenden Finanzierung reaktiviert wurde.

Der Komet war den ganzen Juli über zu sehen, durch die meist niedrige Höhe über dem Horizont jedoch eher schwieriger zu sehen. Seine Helligkeit stieg auf etwa bis zu der dritten Größenordnung, wenn der Komet jedoch in der Nähe des Horizonts war und Dunst aufstieg, reduzierte dies stark seine Helligkeit. Von diesem Event konnten viele Bilder gemacht werden.

Der Start des Perseverance-Marsrovers der NASA (30. Juli)

Eine künstlerische COmputerdarstellung von Perseverance, wie er auf dem Mars mit den sechs Rädern stehen könnte. Ob dies auch tatsächlich so eintreffen kann, werden wir frühestens am 18. Februar wissen – denn dann landet der Marsrover im Jezero-Krater, dort gibt es zum Beispiel auch eine Oberflächenstruktur, die zu sehr an einem ausgetrockneten Bach- oder Flussverlauf erinnert.

Der Perseverance-Marsrover (zu Deutsch: Ausdauer) ist der neuste Rover der NASA für den Mars in ihren langen Reihen der Erkundung des Marses mit den Rovern. Perseverance ist Teil der Mars-2020-Mission der NASA, die zum Ziel hat, das Klima und Wetter des Marses und unter anderem bewohnbare Bedingungen in der fernen Vergangenheit des Mars zu studieren, Proben des Marsboden zu sammeln, die in der Zukunft zur Erde zurückkehren würden.

Neu dabei ist der kleine Mars-Helikopter Ingenuity (zu Deutsch: Einfallsreichtum), welcher darauf ausgelegt ist, die Route vorauszufliegen und das Gelände zu kartografieren. Das soll Erfahrungen für spätere Atmosphärenflugmissionen sammeln, wie sie bestimmt über Titan, Mars und Venus angedacht werden würden. Der Marsrover wird bereits am 18. Februar 2021 landen.

Die Entdeckung von Phosphan in der Atmosphäre der Venus (14. September)

Am 14. September dieses Jahres traf uns eine überraschende Nachricht, dass Wissenschaftler eines Teams, unter anderem von der Royal Astronomical Society, Phosphan in der Atmosphäre der Venus entdeckt haben. Sie sprachen von einer Konzentration von 20 Partikeln in der Atmosphäre pro eine Milliarden Partikel, was sich zwar nach wenig anhört, aber es ist eine Menge, die sich schon nicht mehr durch „herkömmliche“ Ereignisse erklären lassen, wie zum Beispiel Asteroideneinschläge. Jedoch ist bekannt, dass Phosphan von Lebewesen der Erde produziert werden und dass die Verbindung zu biologischen Ereignissen einigermaßen nahesteht.
Obwohl sie nicht explizit erklären, dass biologisches Leben in der Atmosphäre der Venus das Phosphan erzeugt hat, können sie es nicht ausschließen.

Spätere Überprüfungen der Daten konnten diese große Menge an Phosphan nicht bestätigen, dennoch ist die Venus nun interessanter für Forschungsmissionen geworden.

Probenentnahme des OSIRIS-REx von Bennu (20. Oktober)

OSIRIS-REx mit ausgestrecktem TAGSAM-Probenentnahme-Roboterarm kurz vor dem Beginn des Höhepunkts des Manövers.

Am ersten Tag des Oktobers flog die Raumsonde OSIRIS-REx der NASA ein imposantes Manöver beim Asteroiden Bennu etwa 334 Millionen Kilometer entfernt: Von einem höheren mit etwa 700 Meter Orbit aus flog OSIRIS-REx auf den nur etwa 450 Meter großen Asteroiden Bennu (101956) zu und näherte sich der Oberfläche bis auf wenige Meter an. In diesem Moment holte der zu diesem Zeitpunkt schon ausgefahrener Roboterarm TAGSAM mit einer Aufwirbelung der Oberfläche mithilfe einer Stickstoffflasche einiges an Asteroidenmaterial herauf, sodass die angepeilte Menge stark überschritten wurde und somit die Luke des gesammelten Materials nicht mehr richtig schließen konnte. Später, am 28. Oktober, wurde bestätigt, dass das gesammelte Material dann doch noch erfolgreich gespeichert werden konnte. Allerdings vermieden sie eine genaue Masse durch die Trägheit bei der Rotation der Raumsonde zu messen, da so vielleicht noch mehr Material verloren gehen würde. Sie hätten jedoch über 60 Gramm bis zu maximal 2 kg gesammelt.

Der Zusammensturz des Arecibo-Radioteleskops (01. Dezember)

Die äußerst stark beschädigte 305-Meter-Apertur des Arecibo-Observatoriums.

Am ersten Dezember stürzte die Empfängerplattform das Radioteleskop Arecibo wegen mehreren gebrochenen Tragseilen von der Seite des Tower 4 aus runter in die Parabolantenne und beschädigte große Teile dieser und der umliegenden Gebäude. Verletzt wurde zwar niemand, jedoch gibt es keinen Ersatz für das Arecibo-Observatorium, da das Radioteleskop zwar nicht das größte auf der Erde ist, allerdings hat es einen Radarsender von einer Stärke von 1 Megawatt und spielt damit eine große Rolle für die Radarastronomie.

Bereits im August ist einer der Seile vom Tower 4 schon gerissen und hat Schäden von 30 Metern in der Schüssel verursacht und war damit außer Betreib gesetzt, im November kam ein Hauptträger des Tower 4 herunter und am ersten Dezember brach auch das zweite Kabel zusammen, was ein Zusammensturz darstellte. Das Observatorium war chronisch unterfinanziert, welches vermutlich eine niedrige Wartungsqualität bedeutete.

Es gibt mittlerweile Ansätze, das Observatorium schnellstmöglich in Betrieb zu setzen, was zumindest noch einige Monate wahrscheinlich dauern würde. Der US-Kongress erwartet Ende Februar ein Bericht. Dies war zwar kein schönes Ereignis im Jahr 2020, aber dennoch ein wichtiges.

Probenrückkehr der Hayabusa-2-Mission von Ryugu (05. Dezember)

Ein Mann des Bergungsteam hält den Probenbehälter von Ryugu in den Händen.

Die japanische Raumsonde Hayabusa-2 ist die zweite Asteroidenmission nach der halberfolgreichen Mission Hayabusa-1. Dessen Ziel war es, den Asteroiden Ryugu (162173) anzufliegen, zu untersuchen und Proben per Aufsetzen, ähnlich wie OSIRIS-REx, sammeln. Eine Rückkehrkapsel, die die Hayabusa-2-Raumsonde gestartet hat, mit dem Material des Asteroiden in Australien nahe Woomera am 05. Dezember landete. Die Landekapsel mit den Proben vom Asteroiden wurden am Morgen darauf gesichert und werden nun sicher eingehend analysiert.

Die Große Konjunktion (21. Dezember)

Zwar hat der Jupiter den Saturn nicht bedeckt, jedoch waren die beiden Gasgiganten des Sonnensystems am 21.12.2020 gegen 17:30 UTC nur etwa 6,1 Bogenminuten scheinbar entfernt, was ein Fünftel des Vollmonddurchmessers entspricht. Da der Saturn viel weiter weg von uns ist als der Jupiter, kamen sie sich zu diesem Zeitpunkt “nur” 733 Millionen Kilometer nahe.

Die Große Konjunktion ist ein Ereignis, welches fast alle 20 Jahre regelmäßig stattfindet. Es passiert, wenn Saturn und Jupiter sich am irdischen Nachthimmel treffen, wobei beide Planeten innerhalb von etwa 11,8 und 29,5 Jahre einmal sich im Kreis am Himmel drehen. Das besondere an dieser Konjunktion war, dass man sogar beide Planeten im gleichen Bild auf dem Teleskop sehen konnte. Leider spielte in Mitteleuropa das Wetter fast überall nicht mit, sodass ich die Große Konjunktion nicht sehen konnte.

Ich hoffe ihr hattet einen schönen Start ins neue Jahr, trotz Anzeichen auf ein ähnlich wüstes Jahr (vgl. Sturm auf das US-Parlament)! 🙂

Rückblick vom letzten Jahr

Der astronomische Rückblick für das letzte Jahr aus der AIG.

Bildquellen:

Gegenschein & Zodiakallicht

Der Gegenschein ist eine reelle Leuchterscheinung, ausgehend von der Sonne. Sie strahlt den interplanetaren Staub auf und in der Nähe des Sonnengegenpunkts (gegenüber der Sonne, z.B. wenn der Mond bei einer Mondfinsternis). Die Staubteilchen der interplanetaren Staubscheibe reflektieren das Sonnenlicht fade wieder zurück. Auch auf der Erde wäre er sichtbar, allerdings verhindert die Lichtverschmutzung in vielen Gebieten der Erde heutzutage, dass Effekte wie diesen Gegenschein zu sehen sind. Vermutlich am besten zu sehen ist der Gegenschein in Wüsten, Plattformen im Ozean, überall dort, wo es trocken und dunkel ist.

Das Zodiakallicht gesehen vom Observatorium Cerro Paranal, Chile. Bildquelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/97/Zodiacal_Light_Seen_from_Paranal.jpg


Das Zodiakallicht ist eine ähnliche, ebenfalls reelle, Erscheinung, aber ist großflächiger. Hierzu muss man auch in sehr dunklen Orten zugegen sein, denn diese Erscheinung ist ähnlich dunkel, meist sogar dunkler als der Gegenschein. Man sieht ihn in der Regel kurz vor dem Sonnenaufgang am Horizont, dort wo man die Sonne erwarten würde. Deshalb auch der Name: Man sieht es, wenn es wirklich dunkel, überall entlang der Ekliptik. In beiden Fällen ist es ein eher fades, nebliges, kontrastarmes Leuchten.

Geschichte

Der Gegenschein wurde von Esprit Pézenas, ein französischer Astronom und Mathematiker, im Jahr 1730, zuerst beschrieben. In dieser Zeit beschäftigte Pézenas sich ziemlich intensiv mit der Neigung der Ekliptik. Später machte Alexander von Humboldt weitere Beobachtungen während seiner Reise in Südamerika weiterführende Beobachtungen. Außerdem benannte er dieses Phänomen „Gegenschein“, wobei der Name im Englischen interessanterweise derselbe blieb. Im Jahr 1854 veröffentlichte Theodor Brorsen seine systematischen, empirischen Untersuchungen über den Gegenschein im Zodiakallicht. Tatsächlich erklärte er schon damals das Phänomen genauso, wie wir es heute immer noch erklären, außerdem erwähnte er den Pézenas.

Über die Geschichte des Zodiakallichts ist mehr bekannt, denn es gibt mehr Aufzeichnungen darüber. Aber das ist wieder ein anderes Thema für “Geschichte der Astronomie” in vermutlich einigen Monaten.

Unterschiede

Nun ja, es muss ja Unterschiede geben, wenn es verschiedene Namen hat. Zodiakallicht ist im Wesentlichen das Licht, welches vom interplanetaren Staub gestreut wird. Der Gegenschein ist einfach das Zodiakallicht, welches sich genau der Sonne gegenüber natürlich verschärft. Also ist der Gegenschein einfach ein modifizierter Begriff dafür, dass das Zodiakallicht an der besagten Stelle verstärkt wirkt

Ursache

Als Ursache nenne ich den interplanetaren Staub für beide Fälle. Er bewegt sich auf relativ kreisförmigen Umlaufbahnen in der Planetenebene, der Ekliptik. Er ist mehr im inneren Sonnensystem vertreten und nimmt weiter mit der Entfernung ab. Der Staub, der das Licht so streut, hat eine Größe im Submilimeterbereich. Pro Kubikkilometer gibt es nur etwa 10 Teilchen (10-7 Partikel je m3). Der Staub entsteht bei Asteroidenkollisionen im Asteroidengürtel, oder wenn Kometen durch ihre riesigen Mengen an Ausdünstungen viel Staub verloren geht. Kleinere Partikel werden durch den Poynting-Robertson-Effekts zur Sonne gezogen und verdampfen komplett. Dadurch kommt immer neues Material und älteres wird aussortiert. Das Licht erscheint, wenn die Sonne auf den interplanetaren Staub fällt und dieser das Licht in so gut wie alle Richtungen zurückstreut. Auch in den Lagrange-Punkten, den gravitativ quasistabilen Punkte im Sonne-Erde-System sammelt sich überdurchschnittlich viel Staub.

Der Gegenschein eingebettet im Zodiakallicht gesehen vom Cerro Paranal und im Vordergrund das Very Large Telescope. Im Sternhimmel sieht man z.B. die Andromeda und die Pleiaden. Bildquelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fd/Gegenschein_above_the_VLT.jpg

Auftreten

Die Intensitätsverteilung der Helligkeit des Zodiakallichts und des Gegenscheins mit einer Winkelentfernung zur Sonne. Bildquelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/57/Zodiegegen.svg

Beim Gegenschein ist es bisschen schwierig ihn zu sehen, denn wenn man bereits um Mitternacht ist, dann steht man direkt im Erdschatten, der mehrere Hunderttausend Kilometer lang ist. Deshalb ist der Gegenschein am besten ein bis zwei Stunden nach oder vor Sonnenunter-, bzw. aufgang zu sehen. Der Gegenschein ist kreisförmig und nur vielleicht etwa drei Grad im Durchmesser groß. Zum Zentrum hin wird der Gegenschein dann nur unwesentlich heller. Das Zodiakallicht ist am besten, um die Tagundnachtgleichen zu sehen, da die Erde in dieser Zeit gering stärker in der Ebene ist, in der der interplanetare Staub liegt. Das Band ist überall in dem Bereich der Tierkreissternbilder (Stier, Zwillinge, Krebs, Löwe…) zu sehen und konzentriert sich zur Ekliptik an. Weil das Licht am besten in der Nähe der Sonne gestreut wird, ist in der Dämmerung und kurz nach der Dämmerung das Licht am besten zu sehen. Daher wird das Zodiakallicht auch manchmal als „Falsche Dämmerung“ bezeichnet. Die Farbe des Lichts ist weißlich, es ist blass und relativ zur Fläche auch noch ziemlich dunkel. Darum kann man auch das Zodiakallicht nur in sehr dunklen Gegenden mit der Bortle-Skala unter zwei, zwei inklusive (in Wüsten, freiem Meer, Gebirge, weitläufige Steppen…), beobachtet werden. Am stärksten sichtbar dürfte das Zodiakallicht um den 23.09 etwa 80 bis 120 Minuten nachdem oder bevor die Sonne den Horizont passiert zu sehen sein, und zwar in die Richtung, in der man die Sonne, oder die Dämmerung erwarten würde. Eben genau um den Pfad der Ekliptik, bzw. im Zodiak. Häufig steigt nur eine “Flosse” senkrecht oder mehr horizontal zum Himmel.

Ein Video der ESO (Europäische Südsternwarte) über genau diese Thematik.

Quellen:

Impressionen aus dem All, Teil 7

Heute kommen 10 super Bilder aus SpaceEngine. Erfreut euch daran! Ich finde solche Bilder einfach nur toll und von Zeit zur Zeit kommen die auch, wisst ihr ja. Das soll jetzt keine Werbung darstellen.

In Äquatornähe bei einem erdähnlichen Planeten
Ein erdähnlicher Planet mit Mond
Ein Gasriese und sein Mond in einem Braunen-Zwerg-System.
Gasriese, Sterne und Polarlichter
Polarlichter bei einem Gasriese
Der Mond des Gasriesen mit Polarlichter
Ein Wüstenmond im Braunen-Zwerg-System
Polarlichter!
Gasriese, Mond und im Hintergrund Sterne
Röltlich angestrahlter Mond und Gasriese im Braunen-Zwerg-System

Aurora | Polarlichter

Heute wollen wir mal über ein vermutlich sehr entspannendes Thema reden. (D.h. in Rahmen der Webseite: Ich schreibe darüber einen Artikel und ihr könnt darüber nachgrübeln) Deswegen bringe ich am besten so viele wie möglich Bilder mit. Polarlichter, das sind die nur schwer abzugrenzenden, von der Farbe her sehr intensiven, Leuchten am Himmel. Dabei tritt es am meisten in einem Ring um einen der magnetischen Pole auf. Es heißt zwar, dass wenn man ein Phänomen erklärt, dass seine magische Wirkung verloren geht, aber ich schätze, dass das erstens ein Aberglaube ist, zweitens haben Auroren genug Magie auch nach einer Erklärung. Wie viele von euch wissen um was es sich handelt. Dann hoffe ich, dass die hübschen Bildchen wenigstens super einladend aussehen.

Verschiedenfarbige Polarlichter. Bildquelle: https://go-east.de/files/Northern-loghts_2kl-1024×684.jpg

Entstehung

Kurz gesagt entstehen Polarlichter wenn Teilchen des Sonnenwinds durch das Erdmagnetfeld in die obere Erdatmosphäre eindringt und dort mit den Teilchen der Luft wechselwirkt. Es sind im Prinzip hauptsächlich zwei verschiedene geladene Teilchen, die dafür verantwortlich sind.

Beim Sonnenwind handelt es sich um energetische Teilchen, darunter Alphateilchen (Heliumkerne), freie Elektronen und Protonen und seltener auch schwerere Atomkerne von z.B. Natriumisotopen oder Stickstoffisotopen. Dieser Teilchenstrom also wird in der Korona beschleunigt und ist auf Erdhöhe um die 450 km/s schnell. Beim Aktivitätsmaximum oder bei CMEs (Koronale Massenauswürfe) kann sich die Geschwindigkeit maximal auf bis zu 1 950 km/s steigern. Der Sonnenwind ist durch diese energetischen und geladenen Teilchen für Lebensformen nicht gut. Ein Glück, dass wir unser Erdmagnetfeld haben, aber Moment mal, was war das nochmal?

Das Erdmagnetfeld ist idealisiert ein globales Dipolfeld und man kann es somit mit anderen Dauermagneten vergleichen. Es selbst entsteht durch Konvektionsströmungen im äußeren Erdkern welcher wie ein Dynamo mit dem festen inneren Erdkern funktioniert. Das EMF reicht an der Tagseite bis zu 60 Tausend Kilometer in den Raum rein, während es bei starkem Sonnenwind bis auf 36 Tsd. Kilometer heruntergebrochen wird. An der Nachseite ragt das EMF, welches mit dem Sonnenwind etwas mitgezogen wird. Es gibt 3 „quasineutrale Taschen“, an denen das Magnetfeld sehr schwach ist, (d.h. die Flussdichte ist sehr niedrig) die eine ist im Zentrum des langen Schweifs auf der Nachtseite und die anderen zwei befinden sich viele Tausend Kilometer über den geomagnetischen Polen. Theoretisch können Sonnenwindpartikel in den Taschen verweilen und von dort aus in das Innere der Magnetosphäre gelangen.

Die hauptsächlich grünen Polarlichter. Bildquelle: https://mediafiles.reiseuhu.de/wp-content/uploads/2018/10/beste-orte-polarlichter-704×280.jpg

Auf der Nachseite sind es (überwiegend) Elektronen und werden vom Magnetfeld mit bis zu 200 keV in Richtung Ionosphäre entlang den gedachten Magnetfeldlinien beschleunigt und rasen mit der Energie in die Ionosphäre. Wegen der Feldlinienkonfiguration dringen die Elektronen nur in die Zone, wie sie weiter unten beschrieben wird. In Zeiten, in denen es viel Sonnenwind, hohe Geschwindigkeit des Sw. und hohe Flussdichte gibt und er auch energiereich ist, verbreitert sich das Fenster, wo mögliche Polarlichtsichtungen gemacht werden können. Wenn die Teilchen auf die Teilchen der Luft treffen, dann werden die Luftteilchen auf höhere Energiezustände gebracht (angeregt). Weil der Zustand instabil ist, geht das Teilchen in einen niederenergetischeren Zustand über und dann auf den Ausgangszustand. Bei diesen zwei Vorgängen wird die Energie in Form von EM-Strahlung abgegeben. Dazu unten ebenso mehr.

An der Tagseite eher als auf der Nachtseite gehen über denselben Mechanismus Protonen in die Ionosphäre und reagieren mit dem gleichen Prinzip mit den Luftteilchen. Sie erzeugen auf der Tagseite vom „auroral oval“ ein ziemlich homogenes, aber schwaches rotes Leuchten.

So kann der Sonnenwind das Erdmagnetfeld passieren. Bildquelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/bb/Structure_of_the_magnetosphere_LanguageSwitch.svg/1280px-Structure_of_the_magnetosphere_LanguageSwitch.svg.png https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/bb/Structure_of_the_magnetosphere_LanguageSwitch.svg/1280px-Structure_of_the_magnetosphere_LanguageSwitch.svg.png

Formen und Auftreten

Die Polarlichter mit den Elektronen treten in einer ringförmigen Zone um die geomagnetischen Pole auf. Der Ring ist etwa 10 bis 20 Grad vom Pol entfernt und ungefähr 3 bis 6 Grad breit.

Eine Region, in der derzeit Polarlichter zu sehen sind, wird „auroral oval“ genannt. Denn statistisch betrachtet, tauchen die meisten von ihnen in den Ovalen auf, welche sich über Stunden hinweg verformen, vergrößern und später wieder schrumpfen. Bei öfters auftretenden geomagnetischen Stürmen, das sind Störungen des Erdmagnetfelds hervorgerufen durch eine Schockfront von Sonnenwindteilchen, vergrößern sich die Ovale und dringen meist in niedrigere Breiten vor.

Die beste Zeit Polarlichter zu beobachten ist bei der magnetischen Mitternacht, wenn also die Achse der Magnetpole zur Sonne auf der Nachtseite zeigt. Da die Achse mit der Rotationsachse um 11° geneigt ist, sollte dieser Zeitpunkt irgendwann zwischen 23 und 1 Uhr WOZ (wahre Ortszeit) liegen. Auch ist es gut für Polarlichter, wenn wir März, bzw. April, oder September, bzw. Oktober haben, vermutlich weil wir dann etwas mehr Sonnenwind von den Polen der Sonne bekommen und wohl auch wegen der dort besonders günstigen Ausrichtung des Erdmagnetfelds zum interplanetaren Magnetfeld. Auch wäre es gut, 3 bis 5 Jahre nach dem Sonnenaktivitätsmaximum, denn dann sind die CMEs und die Sonnenflecken und Instabilitäten des Sonnenmagnetfelds wieder auf etwa ekliptikale Höhe, Höhe der Ekliptik (Bahn der Erde) und in der Zeit wird wohl mehr Sonnenwind frei. Am ungünstigsten ist es im Jahr des Sonnenaktivitätsminimum sowie das Jahr danach, dort ist die geomagnetische Aktivität um etwa 30 % geringer.

  • Rote Polarlichter: Wenn atomarer Sauerstoff in großen Höhen von 200 bis 320 km vom ersten angeregten Zustand in den Ausgangszustand übergeht, dann wird rotes Licht bei einer Wellenlänge von etwa 630,0 nm ausgesandt. Das emittierte Licht braucht jeweils 107 Sekunden bis es kommt und wieder geht. Da das Auge in dem Bereich weniger empfindlich ist, sieht man das Licht eigentlich nur bei wirklich guten Bedingungen.
  • Grüne Polarlichter: Wenn atomarer Sauerstoff in weniger großen Höhen von 120 bis 140 km vom zweiten angeregten Zustand in den ersten wechseln, entsteht gelbgrünes Licht von 557,7 nm. Deshalb kann das gelbgrüne Polarlicht nach etwas weniger als einer Sekunde wieder verschwinden.
  • Blaues/Violettes Polarlicht: Hier kommt das Licht von molekularem Stickstoff an, welches Licht von einem Rekombinationsleuchten stammt. Es kommt rotes Licht, wenn sich das Stickstoffmolekül vom angeregten Zustand in den Grundzustand wieder zurückkehrt. Die Wellenlängen, die hier vorherrschen sind 391,4 nm und 427,8 nm. Das Licht ist in den tiefsten Lagen zu sehen. Wie es mit dem Stickstoff-Rot aussieht, weiß ich nicht genau, bzw. konnte es nicht näher herausfinden. Wird vielleicht noch ergänzt.
  • Dadurch können auch Rot, Grün oder Blau/Violett gemischt werden und es kommen gelbe, türkise/aquafarbige, oder purpurne Mischungen zustande kommen.
  • Auch infrarote und ultraviolette Polarlichter kommen vor, allerdings nicht auf der Erde, sondern nur auf z.B. Jupiter und Saturn.

Vom Weltraum aus sehen die Polarlichter wie ein riesiges, hohes und langes Band aus, die sich oft mehrere Hundert Kilometer lang am Nachthimmel in dieser Polarlichtzone ein wenig gekrümmt sind und das ringförmige Band andeuten. Von der Seite betrachtet sehen sie wie Fahnen aus, die bei verschiedenen Höhen verschiedene dominierende Farben haben.

Von einem Beobachter, der auf der Erdoberfläche steht, haben Polarlichter verschiedene Formen. In Horizontnähe sehen Polarlichter meist wie diffuse Vorhänge aus. Sie haben im Gegensatz zu Wolken von der Oberfläche meistens nur sehr unscharfe Begrenzungen und sind mit dem bloßen Auge lang nicht so kräftig wie auf den Bildern. Die Polarlichter sind meist eher wie Nachtwolken, die der Mond anstrahlt, es sind größere Gefilde am Himmel als hellere Fläche zu sehen. Es gibt aber auch hellere Polarlichter, welche deutlich sichtbarer sind, farbenintensiver. Aber die ganze Pracht können bloß

Die Polarlichter wie ein Vorhang. Bildquelle: http://www.auroraborealis.at/wp-content/uploads/aubo_11.jpg

Es können bei Kernwaffentests in hohen Atmosphärenschichten Polarlichter entstehen, weil innerhalb einer Zündung der Kernwaffe, werden die Temperaturen dermaßen hoch und das radioaktive Material, welches auch noch Minuten danach sicher heiß ist, verursacht Ionisationen und Rekombinationen, bzw. das Rekombinationsleuchten.

In Deutschland

Besonders während dem Maximum des elfjährigen Sonnenaktivitätszyklus und einige Monate, möglicherweise sogar wenige Jahre, ist es bei starken CMEs (Koronale Massenauswürfe) öfters der Fall, dass eher in Norddeutschland ebenso Polarlichter zu sehen sind. Norddeutschland eher, da Norddeutschland zum magnetischen Südpol näher liegt, als Süddeutschland. Traurig, aber wahr.

Der Kp-Index, das ist eine Skala, um die Interaktion vom Sonnenwind und das Erdmagnetfeld zu charakterisieren, zeigt an, wie weit in den Süden bei nördlichen Polarlichtern, und umgekehrt, reichen können. Er wird über ein standardisiertes Verfahren von 13 Observatorien aus ermittelt. Der Index muss groß sein, um bei uns Polarlichter zu sehen. Außerdem haben wir im Moment ein Aktivitätsminimum.

Polarlichter vorhersagen

Polarlichter vom Weltall aus. Bildquelle: https://i0.wp.com/www.kraftfuttermischwerk.de/blogg/wp-content/uploads2/2017/07/24204469670_22435fdeab_o.jpg?w=1041&ssl=1

Polarlichter vorhersagen ist wie das Wetter zu bestimmen, es geht nur sehr begrenzt. Im Falle der Polarlichter noch schwieriger, denn man kann eigentlich nur sagen, in welchem Bereich über der Erdoberfläche Polarlichter stattfinden könnten. Man kennt die Mechanismen einfach noch nicht gut genug, wo und wie man sowas gewiss vorhersagen kann. Aber da die Teilchen, die die Polarlichter auslösen, von der Sonne kommen, müssen wir uns die Sonne etwas näher anschauen. Ständig und fortlaufend entfernt sich von der Sonne mit hoher Geschwindigkeit der Sonnenwind, aber die Teilchen des Sonnenwinds werden erst in der Korona beschleunigt. Sie lösen, wie oben beschrieben, die Polarlichter aus, aber ich habe noch nicht so ganz erzählt, wie mehr Sonnenwind entstehen kann.

Polarlichter auf dem Saturn, aufgenommen vom Hubble-Weltraumteleskop im UV-Licht, also ein Falschfarbenbild. Auf dem Saturn sind Polarlichter viel langlebiger. Bildquelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Saturn.Aurora.HST.UV-Vis.jpg

Mehr Sonnenwind kann durch mehr Sonnenflecken auf der Sonne in Verbindung stehen: Zwischen Sonnenflecken können Magnetfeldlinien entstehen, zwischen den beiden entstehen Ladungsdifferenziale, und Plasma aus der Sonne kann dort in Schwebe gehalten werden. Nicht selten passiert es, dass diese Magnetfeldlinien expandieren und „kurzschließen“. Dabei wird Plasma freigesetzt, was im Grunde nichts anderes als ist, als haufenweise Sonnenwind. Das nennt man auch eine Protuberanz. Sie entstehen im Stundentakt und erzeugen etwas mehr Energie als üblich. Jedoch kommt es selten vor, vielleicht fünf bis achtmal im Jahrzehnt, dass ein CME entsteht. Es ist nichts anderes, als eine riesige Protuberanz.

Polarlichter im UV-Licht auf Jupiters Nordpol. Polarlichter entstehen dort etwas anders als auf der Erde. Bildquelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8e/Jupiter.Aurora.HST.UV.jpg

Protuberanzen kann man im Moment nicht vorhersagen, aber deren Röntgenblitze und Licht, welches sie erzeugen, kommt bei uns nach etwa 8 Minuten und 20 Sekunden an. Die Teilchen des Sonnenwindes selbst kommen allerdings erst nach einem Tag bei hochenergetischem Sonnenwind und nach maximal vier Tagen mit niederenergetischem Sonnenwind an. So könnte man eine Vorwarnung ein bis zwei Tage früher herausgeben, bevor möglicherweise sämtliche elektrische Systeme der Tagseite kaputt gehen. Schlimmer sind aber die Satelliten, sie könnten im Notfall viel schwieriger zu reparieren sein.

Echtzeit Weltraumwetter: https://sonnen-sturm.info/echtzeit-weltraumwetter

Quellen:
http://www.auroraborealis.at/polarlichter/
https://en.wikipedia.org/wiki/Aurora
https://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenwind
https://de.wikipedia.org/wiki/Protuberanz

Mehrfarbiges Polarlicht. Bildquelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/12/Aurora2.jpg

Impressionen aus dem All, Teil 5

Im Vordergrund ein großer Gasriese-Mond, im Hintergrund ein brauner Gasriese und sein Planet.
Auf einem anderen Mond sieht man den Planeten im Hntergrund.
Kallisto und Jupiter
Beteigeuze und sein zweiter Eierplanet.
Europa, der Jupiter-Eismond.
Mustafa, im Orbit von Beteigeuze.
Ein Sturm auf Mustafa
Der exotische Saturnmond Titan.
Ein Ringplanet von hinten beleuchtet.
Chlor in der Atmosphäre.

Impressionen aus dem All, Teil 1

Diese (fast) reine Foto-Serie wird ab sofort eher unregelmäßig und unangekündigt (außerhalb der angegebenen Beiträge kommen. Immer dabei sind Space Engine (mit der neuen Version) und Kerbal Space Program. Spiele oder Simulation die auf der Seite „Empfehlenswert“ gelistet sind.

Anflug zu einem Raumschiff – KSP
Während der Kerbulla-14-Mun-Mission – KSP
‘Oumuamua – SE
Raumschiff im LKO – KSP