Auf der Schraubenbahn zum Pol
Polarlicht entsteht, wenn Sonnenlicht an Eiskristallen oder Gletschern in der Polarregion gespiegelt wird.
ErklĂ€rung: Im polaren Winter steht die Sonne nachts tief unter dem Horizont â es gibt nichts zu spiegeln. Polarlicht entsteht, wenn Sonnenwind-Teilchen auf Schraubenbahnen lĂ€ngs der Erdfeldlinien in die AtmosphĂ€re gelangen und dort Sauerstoff und Stickstoff durch StöĂe zum Leuchten anregen.
Zwei Protonen treten in ein homogenes Magnetfeld ein â eines genau parallel zu den Feldlinien, eines schrĂ€g dazu. Welche Bahnen beobachtest du?
ErklĂ€rung: Auf die Parallelkomponente vâ„ ĂŒbt das Feld keine Kraft aus â sie bleibt gleichförmig, das parallele Proton fliegt geradeaus. Beim schrĂ€gen Proton wird die Senkrechtkomponente vâ„ wie in Abschnitt 2 auf einen Kreis gezwungen. Kreis plus gleichförmiger Vorschub ergibt die Schraubenlinie um die Feldlinie, ohne dass sie sich zuzieht.
Welche Gase erzeugen die typischen Polarlichtfarben?
ErklĂ€rung: Die Sonnenwind-Teilchen regen die Gase der HochatmosphĂ€re durch StöĂe an â angeregter Sauerstoff sendet das dominante grĂŒnlich-weiĂe Licht aus, angeregter Stickstoff die rosaroten bis violetten SĂ€ume der VorhĂ€nge.
In welcher Höhe entsteht das Leuchten des Polarlichts â und warum gerade dort?
ErklĂ€rung: In dichterer Luft geben die angeregten Teilchen ihre Energie durch weitere StöĂe ab, bevor sie leuchten können. Erst in der dĂŒnnen HochatmosphĂ€re zwischen etwa 100 und 1000 km wird die StoĂenergie als Licht frei â deshalb endet jeder Vorhang unten mit scharfem Saum.
Was passiert mit einem spiralenden Teilchen in den Van-Allen-GĂŒrteln, wenn es in Richtung eines Pols in immer dichter zusammenlaufende Feldlinien gerĂ€t?
ErklĂ€rung: Im inhomogenen Feld bekommt die Lorentzkraft eine Komponente gegen die VorwĂ€rtsbewegung â die magnetische Flasche. Am Spiegelpunkt kehrt das Teilchen um; so pendeln Elektronen und Protonen der Van-Allen-GĂŒrtel zwischen Nord und SĂŒd.
Experiment im Applet â du erhöhst nur vâ„ und lĂ€sst vâ„ unverĂ€ndert. Wie Ă€ndert sich die Schraubenbahn?
ErklĂ€rung: vâ„ steuert nur den Vorschub lĂ€ngs der Feldlinie (die Ganghöhe h), vâ„ nur den Kreisradius r = mvâ„/(qB). Die beiden Bewegungen ĂŒberlagern sich, ohne sich zu stören â genau das zeigt der Versuch mit den getrennten Reglern.
In welcher Stadt hat man in einer gewöhnlichen klaren Winternacht die besten Chancen auf Polarlicht?
ErklĂ€rung: Teilchen des Sonnenwinds kommen quer zu den Feldlinien kaum voran; sie schrauben sich an ihnen entlang. Nur in einem Ring um die magnetischen Pole tauchen die Feldlinien steil in die AtmosphĂ€re ein â dort stoĂen die Teilchen mit Sauerstoff und Stickstoff zusammen. Am Ăquator verlaufen die Feldlinien parallel zur OberflĂ€che.
Bei einem starken Sonnensturm kann man Polarlicht auch in Bayern sehen.
ErklĂ€rung: Ein heftiger Sonnensturm drĂŒckt das Polarlicht-Oval weit nach SĂŒden. Im Mai 2024 war es in ganz Deutschland zu sehen, bis in die Alpen.