Auroras, auch Polarlichter oder Nordlichter genannt, entstehen durch die Interaktion des Sonnenwindes mit dem Erdmagnetfeld. Um den Entstehungsprozess zu verstehen müssen wir zuerst einige Grundlagen schaffen.
Die Sonne emittiert kontinuierlich geladene Teilchen und verschiedene Arten der Strahlung. Dies lässt sich unter dem Begriff “Sonnenwind” zusammenfassen. Würde diese Strahlung ungehindert bis auf die Erdoberfläche gelangen, würden wir weltweit starke Auswirkungen spüren und ob sich unter den Bedingungen jemals Leben auf der Erde entwickelt hätte ist fraglich.
Solche katastrophalen Auswirkungen werden zum Glück durch das Magnetfeld der Erde verhindert. Das Erdmagnetfeld umschließt die Erde. Die Feldlinien treten an den Polen der Erde aus der Erde hervor und spannen sich bogenförmig um die Erde bis sie am gegenüberliegenden Pol wieder in die Erde eintreten. Da der Sonnenwind großteils aus geladenen Teilchen besteht, werden diese durch das Erdmagnetfeld abgelenkt und im sogenannten Van-Allen Strahlungsgürtel gefangen. Dieser erstreckt sich von ca. 600km Höhe bis hin zu nahezu 60.000km höhe und umschließt die Erde.
Damit kennen wir nun die zwei wichtigsten Faktoren für die Entstehung von Polarlichtern – den Sonnenwind und das Erdmagnetfeld.
Wenn besonders starker Sonnenwind die Erde trifft, schaffen es manche geladenen Teilchen in tieferen Atmosphärische Schichten. Diese Teilchenströme werden entlang der Feldlinien des Erdmagnetfelds zu den Polen der Erde geleitet. Dies bedeutet im übrigen, dass Polarlichter meist symmetrisch, also am Nord-, sowie am Südpol der Erde, entstehen.
Wenn dieser Teilchenstrom nun auf Gasmoleküle in den äußeren Schichten unserer Atmosphäre trifft werden beim “Aufprall” den Molekülen Elektronen entrissen und es entsteht ein Plasma, das anfängt Licht abzugeben und als “Polarlicht” sichtbar wird. Durch die Farbe der Polarlichter lässt sich ableiten, welche Gase angeregt oder ionisiert wurden und in welcher Höhe über der Erdoberfläche der Effekt auftritt.
Grünes Polarlicht wird von angeregtem Sauerstoff in tieferen Atmosphärischen Schichten (100-250km Höhe) erzeugt. Sauerstoff in Höhen von über 300km emittiert jedoch durch die niedrigere Dichte der Gase in diesen Höhen rotes Licht.
Blaues oder violettes Licht wird durch ionisierten Stickstoff in geringeren Höhen um die 100km ausgelöst und ist ein Indikator für eine besonders starke Sonnenwindaktivität.
Somit können Polarlichter je nach Position, Verfassung des Erdmagnetfelds, sowie der Stärke und Komposition des Sonnenwindes verschiedenste Farben und Formen annehmen. Häufig ist eine Kombination mehrerer Farben sichtbar.