Ein Polarlicht , auch bekannt als die Aurora borealis in der nördlichen Hemisphäre und Aurora australis in der südlichen Hemisphäre , früher „ Lichter des Nordens “, ist eine atmosphärische Leuchterscheinung von extrem bunten Schleiern in dem Nachthimmel gekennzeichnet, mit grünen Wesen vorherrschend.
Durch die Wechselwirkung zwischen den geladenen Teilchen des Sonnenwinds und der oberen Atmosphäre treten die Polarlichter hauptsächlich in Regionen in der Nähe der magnetischen Pole auf , in einer ringförmigen Zone, die treffend "Aurorenzone" genannt wird (zwischen 65 und 75 ° Breite ). Bei intensiver solarer magnetischer Aktivität dehnt sich der Polarlichtbogen aus und beginnt, in Gebiete einzudringen, die viel näher am Äquator liegen. Die Polardämmerung aufgrund der Sonneneruption von 1859 "abstieg" bis nach Honolulu und bis nach Singapur .September 1909und erreicht damit den terrestrischen Äquator . Im Oktober undNovember 2003Im Süden Europas konnte eine Aurora borealis beobachtet werden . Ein Phänomen außergewöhnlichen Ausmaßes ereignete sich am24. Oktober 2014, sichtbar in Nordamerika und Nordeuropa. Die am stärksten von diesem Phänomen betroffenen Regionen bleiben Grönland , Alaska , die Antarktis , Nordkanada , Island , Norwegen , Schweden , Finnland sowie die Shetlandinseln im Norden des Vereinigten Königreichs.
Die Nordlichter wurden schon immer beobachtet und haben wahrscheinlich einen großen Eindruck auf die Alten hinterlassen; in der Antike galten die Polarlichter sowohl im Westen als auch in China daher als Schlangen oder Drachen am Himmel.
Plinius der Ältere schrieb: „Wir sahen während der Nacht unter dem Konsulat von C. Caecilius und Cn. Papirius (Jahr von Rom 641) und zu anderen Zeiten ein Licht am Himmel sich ausbreiten, so dass eine Art Tag die Dunkelheit ersetzte . " .
Die Polarlichter sind mit vielen Mythen und Legenden verbunden. Alle Sprachen bezeichnen sie als "Nordlichter", mit Ausnahme der Finnen, die den finnischen Begriff Revontulet verwenden, der als "Rotfuchsschwanz" oder " Fuchslichter " übersetzt werden kann: Einige Sami sagen tatsächlich, der Polarfuchs , by schnell die weiten schneebedeckten Weiten durchquert, schleudert Staub mit seinem Schweif in den Himmel, der so das Nordlicht auf seinem Weg erzeugt. Die Inuit von Grönland nennen die Aurora aqsarniit , zu glauben , dass die Seelen der Toten spielen Ball mit Walross Schädel. Umgekehrt glaubt ein Stamm in Nunavut, dass es die Walrosse sind, die mit menschlichen Schädeln Ball spielen. Ihr roter Farbton, der mit Blut in Verbindung gebracht wird, ist dafür verantwortlich, dass die Inuit von Ostgrönland glauben, dass die Nordlichter die Seelen totgeborener Kinder sind.
Andere nordische Mythologien erinnern an den Bifröst , den Tanz der Geister bestimmter Tiere, insbesondere Lachs, Rentiere, Robben und Beluga-Wale; der Atem der Wale des Arktischen Ozeans; die Reflexion der Sonne oder des Mondes auf der Rüstung der Walküren, wenn sie den Himmel überqueren; Fackeln, die von den Geistern der Toten entzündet werden, um Neuankömmlinge im Paradies willkommen zu heißen.
In Europa im Mittelalter werden die Polarlichter, die rote Farbtöne annehmen, mit Blut und Krieg in Verbindung gebracht. Sie deuten auf eine Katastrophe hin oder gelten als der Atem der himmlischen Krieger, die ihre Schlachten am Himmel erzählen.
Sie haben nur aus dem wissenschaftlich untersucht worden XVII ten Jahrhundert . In 1621 , der Französisch Astronom Pierre Gassendi beschrieb dieses Phänomen auch im Süden von Frankreich beobachtet , und gab ihm den Namen von Aurora borealis . Im XVIII - ten Jahrhundert , der britische Astronom Edmond Halley vermutet das Erdmagnetfeld eine Rolle bei der Bildung der Aurora borealis zu spielen. Henry Cavendish gelang es 1768 , die Höhe zu bestimmen , in der das Phänomen auftrat, aber erst 1896 wurde es von Birkeland im Labor reproduziert . Die Arbeiten von Carl Størmer über die Bewegung von Teilchen, die in einem Magnetfeld elektrisiert werden, haben das Verständnis des Mechanismus der Polarlichtbildung erleichtert.
Von 1957 , Weltraumforschung erlaubt nicht nur eine bessere Kenntnis der terrestrischen polaren auroras , sondern auch die Beobachtung von Phänomenen auroral auf großen Planeten wie Jupiter oder Saturn . In 1975 , das französisch-russische Programm ARAKS gelang ein künstliches Polarlicht zu schaffen.
2008 entwickelte der Forscher Jean Lilensten ein Experiment mit der Terrella von Birkeland, der Planeterrella . Dadurch ist es möglich, das Polarlicht zu simulieren.
Die Nordlichter sind heute vorhersehbar, teilweise dank der Arbeit des Kjell Henriksen Observatoriums mit dem Svalbard University Center und ihrem SvaltrackII-Computerprogramm, das der Öffentlichkeit zugänglich ist.
Während eines magnetischen Sturms nach einer Sonneneruption oder Solar-Burst wichtig einen Zustrom von Partikeln beladenen durch die ausgestoßene Sun , kollidiert mit dem Schild , das Formen der Magnetosphäre . Hochenergetische elektrifizierte Teilchen können dann aufgenommen und durch die Linien des Erdmagnetfelds auf der Nachtseite der Magnetosphäre (dem Schweif) geleitet werden und landen in einem Bereich, der als Polaroval bezeichnet wird . Diese Teilchen – Elektronen , Protonen und positive Ionen – erregen oder ionisieren Atome in der oberen Atmosphäre, der Ionosphäre . Das angeregte Atom kann nicht in diesem Zustand verharren, und ein Elektron wechselt dann die Schicht und gibt dabei ein wenig Energie ab, indem es ein Photon ( Elementarteilchen, das sichtbares Licht bildet ) emittiert . Da die Art der Gase in die Atmosphäre bilden ( Sauerstoff , Wasserstoff , Stickstoff , usw. ) , ist abhängig von der Höhe, erklärt dies teilweise die Variationen in den Farben der Wolken, Vorhänge, Gardinen, Bögen, ... Strahlen , die eingesetzt werden am Himmel in Höhen zwischen 80 und 1000 km . Die durch diesen Einstrom von Partikeln entstehende Ionisation führt zur Bildung von ionisierten Wolken, die die Radiowellen reflektieren .
Es ist in Juli 2008dass die NASA dank der amerikanischen Mission THEMIS eine schlüssige Erklärung für dieses Phänomen lieferte . Wissenschaftler haben die Quelle dieser Phänomene in der Tat in Explosionen magnetischer Energie lokalisiert, die sich in einem Drittel der Entfernung zwischen Erde und Mond ereignen . Sie werden also durch „Wiederverbindungen“ zwischen den „riesigen Magnetschnüren“ verursacht, die die Erde mit der Sonne verbinden und die Energie der Sonnenwinde speichern .
Polarlichtphänomene nehmen verschiedene Farbtöne an, von Grün bis Rosa, Rot und Indigoviolett. Die spektrographische Untersuchung des emittierten Lichts zeigt das Vorhandensein von atomarem Sauerstoff (grüne Linie bei 557,7 nm zwischen 120 und 180 km Höhe und rotes Dublett bei 630 und 636,4 nm über 150 km Höhe), Stickstoff und seinen Verbindungen und Wasserstoff (656,3 nm .). ) während Protonen-Auroren . In niedrigeren Lagen ist die am häufigsten beobachtete Farbe lila (Höhen von 90 bis 100 km ).
Die Anregung von Molekülen, Atomen und Ionen von Stickstoff und Sauerstoff sind der Ursprung der Hauptfarben. Sauerstoff emittiert hauptsächlich Grün und Rot, während Stickstoff Blau, Rot und Violett emittiert. Die Atmosphäre weist Sauerstoff- und Stickstoffdichten auf, die mit der Höhe variieren, wobei Sauerstoff über 200 km Höhe dichter wird als Stickstoff , was zum Teil die Vorherrschaft von Grün in der Polarlichter erklärt. Bei Anregung wechselwirken einige der Stickstoffmoleküle auch mit Sauerstoff, wodurch zusätzlich Grün emittiert wird, was ebenfalls zur Dominanz der Farbe Grün beiträgt. Das Helium und Wasserstoff produzieren lila oder blaue Lichter. Schließlich spielt auch die Energie des Sonnenwindes bei den beobachteten Farben eine Rolle.
Die ersten Wissenschaftler, die sich für Polarlichtphänomene interessierten, erstellten zunächst Klassifikationen dieser unter Berücksichtigung von Form, Ausmaß und Intensität der Emissionen, die eine objektive und quantitative Betrachtung des Phänomens ermöglichen. So kamen sie zu zwei Arten von Polarlichtern: diskreten Formen und diffusen Formen.
Die diskreten Formen haben die Eigenschaft, sich in langen Bögen oder in Bändern zu bilden. Die Bögen "wellen" von Sekunde zu Sekunde, da bestimmte Wolken unter der Wirkung des Windes ihr Aussehen verändern. Sie nehmen daher die Form der Magnetosphäre an , was ihnen den Anschein einer ziemlich dünnen Breite (von 1 bis 10 km ) verleiht , aber einer fast unendlichen gekrümmten Länge.
2018 wurde erstmals eine neue Form des Polarlichts, die „Dünen“ , beschrieben. Dieser neue Typ zeugt von atmosphärischen Phänomenen, die sich in einer Höhe von etwa 100 km abspielen , wo es schwierig ist, Messgeräte zu senden.
Die Polarlichter bedecken den Himmel mit leuchtenden Vorhängen, die an ihren Rändern heimlich alle Farben des Spektrums reproduzieren können. Der Himmel sollte klar, klar, vorzugsweise ohne Mond und frei von Streulicht sein.
Die Show ist sehr wechselhaft und kann mit der Bildung eines Bogens (Aurorenbogen) senkrecht zum magnetischen Meridian des Ortes beginnen, dann von Strahlen begleitet werden, die manchmal von einem mehr oder weniger schnellen Puls ( 0,05 bis 15 Hertz ) animiert werden oder sich mehr bewegen oder weniger schnell. Manchmal beobachten wir Schimmer, die einem Vorhang oder einem von der Brise bewegten Gewand ähneln.
Die Helligkeit kann stark variieren, sodass das Phänomen von wenigen Minuten bis zu mehreren Stunden andauern kann. Es ist sehr selten, Polarlichter in magnetischen Breiten unter 50 Grad zu sehen. Dies geschieht nur während der Periode maximaler Sonnenaktivität des 11-Jahres-Zyklus , während der größten Sonneneruptionen.
Vor der Ära der Satellitenkommunikation war der Funkverkehr das beste Kommunikationsmittel in großen und großen Gebieten wie Kanada. Während intensiver Sonnenstürme wurde die Kommunikation unterbrochen, als diese Wellen durch die obere Atmosphäre wanderten.
Die ionisierte Wolke, die das Polarlicht bildet, reflektiert elektromagnetische Wellen im sehr hohen Frequenzbereich ( VHF und darüber hinaus). Die Funkamateure nutzen dieses Phänomen, um weitreichende experimentelle Verbindungen herzustellen. Die Funkwellen werden tatsächlich mehr gestreut als reflektiert, was eine starke Verzerrung der Modulation erzeugt. Morse-Telegrafie ist praktisch die einzige Übertragungsart, die verwendet werden kann. Ein nachteiliger Effekt dieses Phänomens ist die Unterbrechung der Kommunikation auf diesen Frequenzen.
Die Polarlichter sind kein erdspezifisches Phänomen. Sie können auf jedem Planeten mit einem Magnetfeld gefunden werden. Sie können unter anderem dank Aufnahmen des Hubble-Teleskops im ultravioletten Licht beobachtet werden .
Die polaren Polarlichter, die auf anderen Planeten als der Erde zu sehen sind, können durch andere physikalische Phänomene erzeugt werden als die, die die terrestrischen Polarlichter verursachen. Auf Jupiter zum Beispiel ist das Haupt-Oval der Polarlichter eine Folge des "Mitrotationsbruchs" des Plasmas: Das Magnetfeld des Planeten trägt normalerweise das Plasma mit sich, aber ab einer gewissen Entfernung ist die Geschwindigkeit, mit der es kommunizieren kann das Plasma wird zu groß und letzteres folgt nicht mehr. Dadurch entsteht ein elektrischer Strom, der das Polarlicht-Oval erzeugt.
Auf Jupiter erzeugen die Satelliten des Planeten einen elektrischen Strom, indem sie sich relativ zum Magnetfeld bewegen (gleiches Phänomen wie bei einem Dynamo ). Diese Ströme erzeugen „Aurorenflecken“, die zum ersten Mal im Infraroten und dann im UV-Licht zu sehen sind. Diese Flecken sind auf dem gegenüberliegenden Bild außerhalb des Hauptovals zu sehen: Der hellste Fleck entspricht Io (links), die von Europa und Ganymed sind im Vordergrund zu sehen.
Ebenfalls auf Jupiter beobachtete eine Gruppe von Forschern des Labors für Atmosphären- und Planetenphysik am ULg durch das Hubble-Teleskop Polarlichtphänomene auf dem Gasriesen , darunter insbesondere solche aufgrund der Io- , Europa- und Ganymed- Satelliten . Ihre Arbeit enthüllt die Details von ultravioletten Flecken und ermöglicht ein besseres Verständnis der Phänomene, die sie erzeugen.
Polare Polarlichter wurden auch von Hubble auf Saturn und andere von Mars Express auf dem Planeten Mars dank des SPICAM- Instruments fotografiert (der Mars hat kein globales Magnetfeld, diese Polarlichter befinden sich in Gebieten, in denen ein Magnetfeld lokal bleibt).
Polarlichter wurden auch auf Venus , Uranus und Neptun entdeckt .
das 21. Januar 2013, geben Forscher bekannt, dass sie dank des in den Niederlanden ansässigen Radioteleskops Low-Frequency Array mit hoher Wahrscheinlichkeit zum ersten Mal Polarlichter auf Exoplaneten entdeckt haben .