Polarlicht: die Lichtshow mit einem Hochstapler namens Steve

Im Jahr 2016 begannen Himmelsfotografen in ganz Kanada, Bilder eines dünnen Bandes aus violettem und weißem Licht zu teilen, und nahmen an, ein seltenes Polarlicht eingefangen zu haben. Wissenschaftler, die die Aufnahmen untersuchten, stimmten dem zunächst zu, und die Lichtshow erhielt einen neuen Namen: STEVE. Ein paar Jahre Forschung später mussten sie das zurücknehmen – das violette Band entpuppte sich als gar kein Polarlicht, sondern als ein eigenständiges Himmelsphänomen, das im Himmel nur zufällig neben echten Polarlichtern auftritt.

Diese Verwechslung ist ein guter Einstieg in die Frage, was ein Polarlicht eigentlich ist. Die schimmernden Vorhänge, die die meisten Menschen Nordlicht oder Südlicht nennen, entstehen durch einen ständigen Austausch zwischen der Sonne und der Erdatmosphäre, und sie erweisen sich als älter, seltsamer und vielfältiger, als es Postkartenfotos vermuten lassen – mit Verwandten auf dem Jupiter und, wie sich herausstellt, sogar auf Sternen weit außerhalb des Sonnensystems.

Auf der Erde beginnen die intensivsten Lichtshows mit Sonnenstürmen: geladene Teilchen dringen in die obere Atmosphäre ein, regen die dortigen Gase an und lösen ein Leuchten in Rot, Grün und Violett aus. Welche Farbe dominiert, hängt von der Höhe ab. Rottöne erscheinen am höchsten, wo Sauerstoffatome knapp sind und das menschliche Auge für diese Wellenlänge weniger empfindlich ist, sodass ein rotes Polarlicht erst sichtbar wird, wenn die Sonnenaktivität stark genug ist, um beide Probleme gleichzeitig auszugleichen.

Diese Höhenabhängigkeit erklärt, warum derselbe Sturm von einer Nacht zur nächsten völlig anders aussehen kann. Sie erklärt auch, warum die rötesten Lichtshows Schlagzeilen machen: Ein schwacher Vorhang ist unauffällig, aber ein Himmel, der sich sichtbar rot färbt, ist ein Zeichen dafür, dass dort oben etwas Ungewöhnliches vor sich geht.

Polarlichter sind am zuverlässigsten nicht an den Polen selbst zu sehen, sondern in einem Ring um sie herum: einem Band von etwa 6 Breitengraden Breite, rund 660 km durchmessend, zentriert bei etwa 67 Grad nördlicher und südlicher Breite. Dieses Band liegt weit vom geografischen Pol entfernt, weshalb die besten Orte, um die Lichter zu beobachten, arktische Städte südlich des Pols sind, nicht der Pol selbst.

Unter normalen Bedingungen bleibt das Polarlicht in diesem Band. Während des Carrington-Ereignisses, das als der stärkste je beobachtete geomagnetische Sturm in Erinnerung geblieben ist, brachen diese Regeln vollständig zusammen: Polarlichter wurden sogar in den Tropen gesichtet, weit entfernt von den Orten, an denen sie normalerweise sichtbar sind.

Die Geschichte von STEVE erinnert daran, dass selbst gut erforschte Himmel professionelle Astronomen noch überraschen können. Als das violett-weiße Lichtband 2016 erstmals die Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern erregte, wurde es als neu entdeckte Polarlichtart eingestuft – eine verständliche Verwechslung, da es am selben Himmel auftauchte wie echte Polarlichter. Nachfolgende Arbeiten änderten die Diagnose: Die Lichtströme, aus denen STEVE besteht, entstehen durch einen völlig anderen Mechanismus und gehören letztlich gar nicht zur Familie der Polarlichter.

Diese Klärung erforderte weitere Forschung, die das Verhalten von STEVE mit dem echter Polarlichter verglich, und die beiden passten schlicht nicht zusammen. Was wie eine weitere Polarlichtvariante ausgesehen hatte, entpuppte sich als ein eigenständiges, unabhängiges Phänomen, das schlicht unbemerkt geblieben war, bis Amateurfotografen anfingen, Bilder davon zu teilen.

Der Spitzname hat einen ungewöhnlich albernen Ursprung. Die Bürgerwissenschaftler, die die seltsame Lichtshow über Kanada als Erste entdeckten, benannten sie nach einem beiläufigen Comedy-Gag: Im Zeichentrickfilm „Ab durch die Hecke" aus dem Jahr 2006 stoßen mehrere Waldtiere auf eine unbekannte Hecke und beschließen, da ihnen kein anderer Name einfällt, sie Steve zu nennen. Polarlichtforscher übernahmen den Witz eins zu eins.

Die Weltraumphysikerin Elizabeth MacDonald, die am Goddard Research Center der NASA arbeitet und das erste Citizen-Science-Netzwerk für Polarlichter gründete, gefiel der Name STEVE, und sie ließ ihr Team im Nachhinein eine wissenschaftlich klingende Bezeichnung dazu entwickeln: STEVE, für Strong Thermal Emission Velocity Enhancement. Das Akronym wurde passend zu einem Namen konstruiert, den Bürgerwissenschaftler bereits gewählt hatten – die Bürokratie holte den Witz ein, nicht umgekehrt.

Verwirrenderweise tritt STEVE manchmal zusammen mit einem Begleiter auf, der tatsächlich ein Polarlicht ist. Eine grüne Erscheinung, die gelegentlich neben STEVEs violettem Streifen auftaucht, verhält sich wie gewöhnliches Polarlichtlicht, obwohl das violette Band direkt daneben das nicht tut – eine einzige Sichtung kann also ein echtes Polarlicht und einen Hochstapler nebeneinander enthalten.

STEVE ist nicht die einzige Polarlicht-Überraschung, die von Amateurbeobachtern statt von einer professionellen Forschungsmission stammt. In Zusammenarbeit mit universitären Weltraumforschern entdeckte eine Gruppe finnischer Amateurfotografen eine völlig neue Polarlichtform, die zuvor noch nicht katalogisiert worden war.

Forscher beschreiben jede eigenständige Polarlichtform als eine Art Fingerabdruck, typisch für ein bestimmtes Phänomen in der Polarlichtzone. Diese Sichtweise hilft zu erklären, warum ein Amateurfoto durchaus eine Entdeckung sein kann: Was einem gelegentlichen Betrachter wie eine geringfügige Abweichung erscheint, kann sich als Signatur eines Mechanismus herausstellen, den zuvor niemand dokumentiert hatte.

Die Polarlichter der Erde sind beeindruckend, doch die des Jupiter relativieren das. Sie sind gewaltig, und obendrein stecken in Jupiters Lichtshows Hunderte Male mehr Energie, als die Erde jemals erzeugt – und anders als auf der Erde hören sie nie auf.

Ein Grund dafür ist, dass Jupiter über eine zweite Energiequelle verfügt, die der Erde fehlt. Neben den geladenen Teilchen aus dem Sonnenwind werden Jupiters Polarlichter durch Teilchen versorgt, die von seinem Mond Io ins All geschleudert werden – dessen Vulkane groß und zahlreich genug sind, um die magnetische Umgebung des Planeten fortlaufend mit frischem Material zu versorgen. Die Erde hat keinen Mond wie Io in ihrer Nähe, was mit erklärt, warum ihre Polarlichter nicht ununterbrochen leuchten wie die des Jupiter.

Das Konzept des Polarlichts endet auch nicht am Rand des Sonnensystems. Im Juli 2015 berichteten Astronomen von der allerersten Entdeckung eines Polarlichts außerhalb des Sonnensystems, beobachtet um den Braunen Zwergstern LSR J1835+3259. Der Fund eines Polarlichts dort legt nahe, dass das Grundrezept hinter dem Nordlicht der Erde – ein Magnetfeld, das einen Strom geladener Teilchen einfängt – sich auch bei Objekten abspielt, die weit von jedem vertrauten Planeten entfernt sind.

Das Polarlicht ist eines der am längsten überlieferten Naturphänomene überhaupt. Der früheste datierbare schriftliche Bericht darüber findet sich in den Bambus-Annalen, einer Chronik des alten China, datiert auf 977 oder 957 v. Chr. – Jahrhunderte bevor die meisten Ereignisse, die man gemeinhin als „Antike" bezeichnet, überhaupt schriftlich festgehalten wurden. Eine noch ältere Darstellung könnte in Höhlenmalereien der Cro-Magnon-Menschen in Nordspanien erhalten sein, datiert auf etwa 30.000 v. Chr., auch wenn es naturgemäß unsicherer ist, prähistorische Kunst einem bestimmten Ereignis zuzuordnen, als eine datierte Chronik zu lesen.

Auch alte Aufzeichnungen schreiben das moderne Bild gelegentlich noch um. Ein japanisches Tagebuch von 1770, das Polarlichter über Kyoto beschreibt und 2017 wiederentdeckt wurde, deutete darauf hin, dass der dahinterstehende Sturm möglicherweise etwa 7 % stärker war als das Carrington-Ereignis – jener Sturm, dessen telegrafenstörende Reichweite normalerweise als Obergrenze dafür gilt, wie extrem ein geomagnetischer Sturm werden kann. Sollte sich dieser Vergleich bestätigen, gehört der Rekord für den stärksten Sturm der aufgezeichneten Geschichte womöglich nicht dem Sturm, dem die meisten Menschen ihn zuschreiben.

• Hubble fängt lebendige Polarlichter in Jupiters Atmosphäre ein – NASA Science
• Eine neue Art von Polarlicht ist gar kein Polarlicht
• Bürgerwissenschaftler entdecken eine neue Form des Nordlichts
• Steve, das seltsame „Polarlicht", entpuppt sich als zwei Himmelsshows in einer | National Geographic
• Wikipedia: Polarlicht