Sie gehören zu den faszinierendsten Naturschauspielen der Erde – die Polarlichterscheinungen. Unter bestimmten Bedingungen flackern oder tanzen sie in bunten Farben über den Himmel und kommen sowohl in nördlichen als auch südlichen Breiten vor. „Polarlichter sind Leuchterscheinungen in der Ionosphäre genannten Schicht der Atmosphäre oberhalb von etwa 100 Kilometern Höhe“, erklärt Natalie Kaifler, Wissenschaftlerin am Institut für Physik der Atmosphäre beim Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt. „Polarlichter werden durch hochenergetische Partikel ausgelöst, die von der Sonne ausgesandt werden, dem Sonnenwind.“

Wissenschaftlich werden sie auf der Nordhalbkugel als Aurora borealis und auf der Südhalbkugel als Aurora australis bezeichnet. Der Name geht auf den italienischen Mathematiker und Astronom Galileo Galilei zurück. Der Gelehrte verglich das Licht nach eigenen Beobachtungen mit einem Sonnenaufgang und benannte es nach der römischen Göttin der Morgenröte – Aurora. Die Sichtungen des berühmten Astronomen haben nichts mit den typisch grünen Polarlichtvorhängen Skandinaviens zu tun. Jedoch zeigt sich das Nordlicht in mittleren Breiten oftmals in diffusen rötlichen Strukturen, so dass sein Vergleich durchaus passend ist. Der Zusatz borealis geht auf das griechische Wort für den Nordwind, also boreas, zurück.

Unsere Sonne sorgt nicht nur für Wärme, sie schleudert auch permanent riesige Mengen an Materie ins All. Dieser sogenannte Sonnenwind besteht aus elektrisch geladenen Teilchen, die mit hoher Geschwindigkeit auch in Richtung Erde rasen und den blauen Planeten nach ein bis drei Tagen erreichen. Ohne Atmosphäre wäre die Erde diesem Bombardement schutzlos ausgeliefert und das Magnetfeld sorgt dafür, dass die geladenen Teilchen abgeleitet werden. „Die Partikel folgen dem Erdmagnetfeld und dringen in den Polargebieten, wo die Magnetfeldlinien senkrecht auf die Erde treffen, tief in unsere Atmosphäre ein“, zeigt Natalie Kaifler die Ursache für Nordlichter auf. Das ist insbesondere bei starkem Sonnenwind oder sogenannten Sonnenstürmen der Fall. „Dort stoßen sie mit Atomen der Erdatmosphäre zusammen und regen sie zum Leuchten an.“

Physikalisch gesehen wird an der Grenze zwischen Erdmagnetbereich und Sonnenwind die Bewegungsenergie der anfliegenden Teilchen in elektrische Energie umgewandelt. Durch die Trennung der positiven Protonen und der negativen Elektronen entsteht eine hohe, elektrische Spannung im Magnetfeld der Erde. Eine Entladung dieser Spannung geschieht unter anderem dadurch, dass ein Strom von Elektronen entlang der Magnetfeldlinien auf die Erde zuströmt. Dies geschieht vorwiegend in den Polarregionen, wo die Feldlinien des Erdmagnetfeldes ein- und austreten. Die Elektronen des Sonnenwindes treffen hier in großer Höhe auf Moleküle der Erdatmosphäre wie beispielsweise Sauerstoff- oder Stickstoffmoleküle. Diese Partikel werden durch das Aufeinandertreffen energetisch geladen und so zum Leuchten gebracht. Das Ergebnis sind Polarlichterscheinungen am Himmel.

Polarlichter treten vorwiegend in einem Radius von rund 2500 Kilometern um die magnetischen Pole herum auf, da hier die Feldlinien des Erdmagnetfeldes die Atmosphäre durchdringen. Auf der Nordhalbkugel wird das Naturschauspiel auch als Nordlicht bezeichnet, die wissenschaftlich korrekte Bezeichnung lautet Aurora borealis. Die Zone der Nordlichter verläuft über Island, den Norden Skandinaviens, Grönland, das nördliche Kanada und Alaska bis nach Nordsibirien.

Im Gegensatz dazu gibt es auch die sogenannten Südlichter oder die Aurora australis auf der Südhalbkugel. Diese sind allerdings vorwiegend in der Antarktis und in den umliegenden Meeresbereichen zu sehen. Übrigens werden die Erscheinungen auch auf anderen Planeten des Sonnensystems beobachtet. Dazu muss der Planet über ein eigenes Magnetfeld sowie eine Atmosphäre verfügen.

Die Farben und Formen der Nordlichterscheinungen sind vielfältig und die jeweilige Ausprägung ist von der Luft und den Sonnenwinden abhängig. Besonders häufig lassen sich ruhige Polarlichtbögen beobachten, bei stärkerer Aktivität der Sonne entwickeln sich Bänder in Form von Wellen, Schleifen und Spiralen. Beeindruckend sind vollständige Lichtvorhänge, die am Himmel zu hängen scheinen und sanft flattern. Die eindrucksvollste Form des Polarlichts ist die Korona, eine Explosion aus Licht mit ringförmigen Strahlen direkt oberhalb des Betrachters. Dieses Spektakel geschieht, wenn die Feldlinien des Erdmagnetfelds zu beiden Seiten des Beobachters auf die Erdoberfläche treffen und das Polarlicht wie ein Vorhang entlang der Feldlinien schwebt.

Bei den Farben dominieren grün und rot sowie daraus resultierende Mischtöne. In welcher Farbe die Polarlichterscheinungen am Himmel entstehen, hängt von den Bestandteilen der Atmosphäre ab und auch von der Höhe, in der sich das beeindruckende Naturschauspiel ereignet. „Die am häufigsten beobachteten grünen Polarlichter werden durch die Anregung von atomarem Sauerstoff verursacht“, erklärt Natalie Kaifler vom DLR. Dies geschieht zumeist in einer Höhe von etwa 80 bis 150 Kilometern. Sauerstoff in größerer Höhe sorgt für rubinrote Nordlichterscheinungen. Wird Stickstoff in geringerer Höhe angeregt, entstehen blaue Erscheinungen. Wenn Partikel in größerer Höhe mit Stickstoff zusammenstoßen, ist violettes Leuchten zu beobachten. Durch eine Mischung dieser Farben am Himmel können auch rosa oder weiße Farbtöne entstehen.

Nordlichter gibt es theoretisch gesehen das ganze Jahr über. In den Sommermonaten fehlt es jedoch in den höheren Breitengraden an Finsternis – selbst nördlich des Polarkreises wird es nachts nicht ausreichend dunkel. Daher sind die faszinierenden Lichterscheinungen am besten im Winter zwischen Ende September und Ende März sichtbar. Dann können fast in jeder klaren Nacht Nordlichter beobachtet werden. Besonders häufig entstehen die Lichterscheinungen am frühen Abend bis kurz nach Mitternacht. Dabei zeigen sich die Nordlichter selten lange, sondern verschwinden zumeist nach wenigen Minuten. Die Südlichter hingegen sind im Winter der Südhalbkugel am besten sichtbar, also im hiesigen Sommer zwischen Mitte April und September.

Die Aurora borealis ist am besten in der Polarregion zu sehen. Das Gebiet mit einem Radius von 2500 Kilometern um den magnetischen Nordpol herum wird auch als Aurora-Zone oder Aurora-Oval bezeichnet. Je nördlicher man also fährt, umso größer ist auch die Wahrscheinlichkeit, die Nordlichter zu erleben. Daher gelten Länder im hohen Norden wie Norwegen, Schweden oder Finnland, aber auch Island, Kanada, Alaska oder die Nordküste Sibiriens als die besten Orte, um die Nordlichter zu sehen.

Eine Reise zu den Südlichtern gestaltet sich hingegen deutlich aufwendiger. Wie die Arktis würde sich auch die Antarktis dazu eignen, die Aurora am Himmel zu beobachten. Hier sind die Lichterscheinungen während der Wintermonate auf der südlichen Halbkugel aktiv. Wegen geringer Lichtverschmutzung können Südlichter jedoch auch von der australischen Insel Tasmanien beobachtet werden. Die ideale Reisezeit sind die Monate Juni, Juli und August. Alternativen sind Neuseeland und der äußerste Süden Argentiniens.

Ein klassisches Ziel für Nordlicht-Fans ist Tromsø im hohen Norden Norwegens. Fast auf dem 70. Breitengrad Nord zwischen Fjorden, Bergen und Inseln liegt die Stadt im Herzen des Nordlichtovals. Rund 350 Kilometer oberhalb des Polarkreises ist in Tromsø die Wahrscheinlichkeit, die Aurora borealis zu entdecken, überdurchschnittlich hoch. Urlauber begeben sich dafür am besten zu dunklen Plätzen außerhalb der Stadt. Vor Ort werden auch spezielle Touren angeboten, bei denen ortskundige Guides zu den besten Stellen für eine Nordlichtbeobachtung fahren und Tipps für die richtigen Kameraeinstellungen geben.

Viele Reisende zieht es auf der Jagd nach dem Phänomen auch ins finnische Lappland. Hier sollen sich die magischen Vorhänge und Bögen in etwa jeder zweiten klaren Nacht zwischen September und März zeigen. Besonders beliebt sind Glasiglus, die einen 360-Grad-Blick in den Nachthimmel eröffnen. Mit etwas Glück wabern die Nordlichter in allen Richtungen um die Iglus herum.

Island liegt zwar unterhalb des Polarkreises, dafür bewegt sich das Aurora-Oval oft über die Insel hinweg. So haben Urlauber auch hier gute Chancen auf die Sichtung der schimmernden Aurora borealis. Dicht besiedelte Gebiete oder Städte wie Reykjavik mit ihren Lichtern und der damit verbundenen Lichtverschmutzung beeinträchtigen das Schauspiel und sollten daher für die Nordlichtbeobachtung gemieden werden. Außerdem kann in der Stadt auch der Blick gen Norden versperrt sein. Gute Alternativen sind einsam gelegene Unterkünfte mit Zimmern, die bestenfalls über ein nach Norden ausgerichtetes Fenster verfügen. So können Urlauber im kalten isländischen Winter ganz gemütlich auf Polarlichterscheinungen warten. Eine Garantie für die Aurora borealis auf Island gibt es allerdings nicht, und wer nur einen kurzen Stopp auf der Insel plant, braucht etwas Glück. Bei einem mehrtägigen Aufenthalt steigen hingegen die Chancen.

Je weiter die geografische Breite abnimmt, umso seltener sind Nordlichter zu sehen. Im mittleren Europa sind die Lichterscheinungen daher außergewöhnliche Ereignisse. Mit etwas Glück kann das Naturschauspiel jedoch auch in Deutschland einige Male im Jahr beobachtet werden. Insbesondere in Zeiten maximaler Aktivität der Sonne, also beim Auftreten sogenannter Sonnenstürme, steigt die Wahrscheinlichkeit. Denn bei besonders starken Sonnenwinden wird das Erdmagnetfeld stärker verformt und die Zone, in der Nordlichter von der Erde aus beobachtet werden können, kann sich nach Süden verschieben. Allerdings sind die Strukturen der Aurora oftmals diffus und die Polarlichterscheinungen zumeist schwächer als im hohen Norden. Im Gegensatz zum oftmals klassisch grünen Polarlicht sind in hiesigen Breiten eher rote Lichter zu sehen, da der Sonnenwind hier nur selten tiefer in die Atmosphäre eindringen kann.

Vor kurzem haben Hobbyforscher aus Finnland eine neue Art von Nordlichtern entdeckt. „Sie zeigen ein ausgedehntes Feld von sehr regelmäßigen Wellen“, weiß Natalie Kaifler vom DLR. „Höchstwahrscheinlich handelt es sich dabei um von Schwerewellen erzeugten Störungen der Sauerstoffdichte in 100 Kilometern Höhe.“ Dort befindet sich ein Temperaturminimum, die sogenannte Mesopause, und es wehen starke Winde. „Unter bestimmten Bedingungen können Schwerewellen in dieser Höhe wie in einem Tunnel gefangen werden und sich sehr gut horizontal ausbreiten“, erklärt die Wissenschaftlerin. „Die Polarlichter machen diese dynamischen Prozesse dann sichtbar.“

Für das perfekte Nordlicht-Foto brauchen Hobbyfotografen nicht nur äußerst gute Wetterbedingungen, sondern auch ein wenig Glück. Schließlich dauert das Lichtspektakel oftmals nur wenige Minuten. Für gute Nordlichtfotos ist eine Kamera mit großem Sensor von Vorteil, die im hohen ISO-Bereich möglichst rauscharm ist. Dazu sollte das Objektiv mit der geringsten Brennweite zum Einsatz kommen, damit ein möglichst großer Bildausschnitt eingefangen werden kann. Ein absolutes Muss ist ein Stativ, denn lange Belichtungszeiten sind ausschlaggebend für ein gutes Bild der bunten Lichterscheinung am Himmel. Sinnvoll ist ein Fernauslöser, um die Fotos verwackelungsfrei zu halten. Eine Alternative ist die Aktivierung des Selbstauslösers der Kamera.

Mit der Ausstattung suchen Fotografen dann einen möglichst dunklen Ort weit abseits künstlicher Lichtquellen, wie Straßenlaternen oder beleuchteten Gebäuden. Nur so lassen sich die Polarlichterscheinungen gut mit der Kamera einfangen. Dann ist Handarbeit gefragt. Experten raten davon ab, den Automatikmodus und den Autofokus zu nutzen. Stattdessen sollte der Fokusring im manuellen Fokus kurz vor die Markierung für unendlich gestellt werden. Der ISO-Wert ist möglichst gering zu halten, da bei höheren Werten mehr Bildrauschen entsteht. Da für gute Polarlichtbilder viel Licht benötigt wird, wählen Hobbyfotografen eine möglichst offene Blende, also eine kleinere Zahl. Zugleich ist eine möglichst lange Belichtungszeit einzustellen. Experten rechnen bei etwa zehn Sekunden mit sehenswerten Ergebnissen, bei besonders langsamen Nordlichterscheinungen können Belichtungszeiten bis zu 30 Sekunden sinnvoll sein.

Wer zur richtigen Zeit am richtigen Ort ist, kann das Naturschauspiel mit relativ großer Wahrscheinlichkeit beobachten. So sind die Chancen auf eine Sichtung im Winter im Norden Norwegens bei guten Wetter relativ hoch. Eine exakte Vorhersage der Nordlichter ist zwar nicht möglich, jedoch gibt der sogenannte Kp-Index einen Hinweis darauf, wann die Lichter am wahrscheinlichsten sind. Diese planetarische Kennziffer wurde ursprünglich entwickelt, um die solare Teilchenstrahlung durch ihre magnetische Wirkung darzustellen. Der ganzzahlige Wert wird mit einem standardisierten Verfahren aus den Daten mehrerer Observatorien auf der ganzen Welt bestimmt und gilt heute als ein Gradmesser für Polarlichterscheinungen. Die Skala reicht von 0 bis 9 und je höher die Zahl für eine Region ist, umso größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass es dort Aurora-Erscheinungen gibt. In Norddeutschland sind Lichterscheinungen in dunklen Nächten ab einem Kp-Wert von 5 möglich, in Süddeutschland ab einem Wert von 7. In nördlichen Regionen wie Island können Nordlichter oftmals schon ab einem Kp-Wert von 2 beobachtet werden.