Wenn die Sonne laut wird, erstrahlt der Himmel der Erde in wunderschönen tanzenden Lichtern.
Um die Pole herum tanzen und flackern bunte Polarlichtströme über den Himmel. Näher am Äquator erscheint jedoch ein anderes Himmelslicht: der errötende, malvenrosa STEVE und der dazugehörige grün gestreifte Lattenzaun.
Was diese Lichter sind und warum sie an unserem Himmel erscheinen, ist ein Rätsel. Wissenschaftler gingen bisher davon aus, dass sie möglicherweise verwandt sind, da sie Polarlichtern ähneln, doch die Mechanismen hinter diesem Phänomen sind bislang unklar.
Jetzt schlägt ein neues Papier eine radikale Idee vor: dass STEVE und der Lattenzaun eindeutig keine Polarlichter sind, sondern etwas anderes.
Laut einem Team unter der Leitung der Physikerin Claire Gasque von der University of California in Berkeley werden STEVE und der Lattenzaun nicht durch Magnetfelder wie die Polarlichter erzeugt, sondern durch elektrische Felder, die parallel zu den Magnetfeldlinien verlaufen und in niedrigeren Breiten als die Polarlichter liegen.
Wenn dies der Fall ist, hat dies tiefgreifende Auswirkungen auf unser Verständnis der Erdatmosphäre, der Magnetosphäre, ihres Zusammenspiels und ihrer Physik.
„Wir wissen schon seit ein paar Jahren, dass das STEVE-Spektrum uns sagt, dass hier eine sehr exotische Physik im Gange ist. Wir wussten nur nicht, was es war“, sagt der Physiker Brian Harding von der UC Berkeley. „Claires Artikel zeigte, dass parallele elektrische Felder dieses exotische Spektrum erklären können.“
Polarlichter sind wahrlich einer der schönsten Anblicke, die die Erde zu bieten hat. Sie haben auch eine wirklich interessante physikalische Erklärung. Sie treten auf, wenn Partikel der Sonne, wie sie beispielsweise bei einem starken Sonnenwind ausgestoßen werden oder bei einer riesigen Eruption wie einem Flare ausgestoßen werden, in Richtung Erde in den Weltraum geschleudert werden.
Wenn sie auf die schützende Magnetosphäre der Erde treffen, prallen die meisten von ihnen einfach wieder ab, aber einige werden eingefangen und beschleunigen entlang magnetischer Feldlinien in höhere Breiten, wo sie in die obere Atmosphäre geschleudert werden. Dort kollidieren sie mit atmosphärischen Atomen und Molekülen, erregen diese kurzzeitig und bringen sie zum Leuchten.
Dies ist das Polarlicht, und seine Farben reichen von Grün über Gelb und Rosa bis hin zu Rot und Lila, je nachdem, welche Atome ionisiert werden. Grün ist Sauerstoff. Lila oder Blau ist Stickstoff. Blutrot, eine der selteneren Erscheinungsformen, ist Sauerstoff, aber es befindet sich wirklich hoch oben in der Atmosphäre und tritt nur bei den energiereichsten Sonnenereignissen auf.
Und dann ist da noch STEVE, in seltsamem Lila und Weiß, manchmal begleitet von einem gestreiften grünen Element, das als Lattenzaun bekannt ist. STEVE – Strong Thermal Emission Velocity Enhancement – wurde 2018 offiziell als eigenständiges Phänomen identifiziert, und Wissenschaftler versuchen seit Jahren, es herauszufinden.
„Es ist wirklich cool“, sagt Gasque. „Es ist derzeit eines der größten Rätsel der Weltraumphysik.“
Wissenschaftler gingen davon aus, dass STEVE durch einen Strom ionisierter Atome in der oberen Atmosphäre entstanden sein könnte, die nicht wie Polarlichtpartikel herabregnen, was als subaurorale Ionendrift oder SAID bekannt ist. Es wurde angenommen, dass der Lattenzaun das Ergebnis von Partikeln war, die aus einem STEVE fielen.
Aber Wissenschaftler sind sich nicht sicher, wie ein SAID – der normalerweise nicht mit einem STEVE in Verbindung gebracht wird – das STEVE-artige Leuchten erzeugen könnte. Und Gasque und ihr Team dachten, es könnte eine andere Erklärung für den Lattenzaun geben.
„Wenn man sich das Spektrum des Lattenzauns ansieht, ist er viel grüner, als man erwarten würde. Und es gibt nichts von dem Blau, das durch die Ionisierung von Stickstoff entsteht“, erklärt sie.
„Das sagt uns, dass es nur einen bestimmten Energiebereich von Elektronen gibt, die diese Farben erzeugen können, und dass sie nicht aus dem Weltraum in die Atmosphäre gelangen können, weil diese Teilchen zu viel Energie haben.“
Stattdessen haben Gasque und ihr Team nun gezeigt, dass die Partikel im Lattenzaun lokal durch ein elektrisches Feld angeregt werden und nicht von einer höheren in eine niedrigere Höhe fallen – was ein völlig anderer Mechanismus ist als der, der hinter Aurora steckt.
Und STEVE, so legt ihr Artikel nahe, könnte durch einen ähnlichen Prozess hergestellt werden.
Es gibt eine gute Möglichkeit, das herauszufinden. Die Forscher gehen davon aus, dass wir eine Rakete in STEVE oder den Lattenzaun schießen müssen, um es direkt zu testen. Das könnte schwierig sein, da die Phänomene relativ selten sind, aber das erste Ziel könnte ein verstärktes Polarlicht sein – Regionen mit intensiverem Licht, die manchmal in ein Polarlicht eingebettet zu sein scheinen. Ihre Farben sind den Farben des Lattenzauns sehr ähnlich.
Es wird angenommen, dass diese Merkmale auch durch elektrische Felder erzeugt werden. Und da verstärkte Polarlichter häufiger vorkommen als STEVE, bieten sie eine leichter zugängliche Möglichkeit.
„Man kann mit Fug und Recht sagen, dass es in Zukunft viele Untersuchungen darüber geben wird, wie diese elektrischen Felder dorthin gelangten, mit welchen Wellen sie verbunden sind oder nicht und was das für den größeren Energietransfer zwischen der Erdatmosphäre und dem Weltraum bedeutet.“ „, sagt Harding. „Wir wissen es wirklich nicht. Claires Artikel ist der erste Schritt in der Kette dieses Verständnisses.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Geophysikalische Forschungsbriefe.