Was sind Polarlichter?

Benennung
Der lateinische Name der Nordlichter lautet Aurora Borealis, was mit "nördliche Morgenröte" übersetzt werden kann. Dieser Name wurde von Galileo Galilei (1564-1642) geprägt, der Nordlichter während eines starken Sonnensturmes in Italien beobachtete. In solch südlichen Breitengraden sieht man hauptsächlich die roten Nordlichter, welche sehr hoch in der Atmosphäre entstehen und deshalb in einem größeren Radius gesichtet werden können, als die häufigeren grünen Lichter. Das südliche Pendant der Nordlichter, die Südlichter, nannte man später "Aurora Australis", "südliche Morgenröte".

Entstehung
Damit Polarlichter entstehen können, bedarf es einer Sonne und eines Himmelskörpers, der sowohl eine Atmosphäre als auch ein Magnetfeld besitzt. In unserem Sonnensystem ist das nicht nur auf der Erde, sondern auch auch auf dem Mars, Jupiter und Saturn der Fall.
Unsere Sonne entsendet ständig geladene Partikel ins Weltall: mal weniger, dann nennt man es "Sonnenwind", mal mehr, dann spricht man von einem "Sonnensturm". Das Magnetfeld unseres Planeten lenkt diese Partikel wie ein Schutzschild um die Erde herum ab: normalerweise kommen die Sonnenpartikel also nicht einmal in die Nähe der dünnen Erdatmosphäre.

Beim Zusammenprall zwischen Sonnenwind und Magnetfeld zerreißen immer wieder Erdmagnetfeldlinien (davon gibt es Tausende, also kein Grund zur Sorge), die sich bald wieder verbinden. Während dieses Prozesses bekommt ein kleiner Teil der elektrisch geladenen Sonnenpartikel die Chance, entlang der Magnetfeldlinien zur Erdatmosphäre hinab zu wandern. Genauer gesagt dorthin, wo die Magnetfeldlinien aus der Erde austreten: und das geschieht in einem großen Ring um die magnetischen Pole, die momentan in der Arktis und der Antarktis liegen. Dort kollidieren die schnellen Partikel dann mit den Molekülen der Erdatmosphäre: der Zusammenprall setzt Energie in Form von Licht und auch Wärme frei.

Ein sehenswerter Kurzfilm erklärt diese Vorgänge (auf Englisch): The Aurora Borealis - forskning.no

Die Polarlichtovale
Aurora tritt also in einem großen Ring um die magnetischen Pole unserer Erde herum auf: genau dort, wo die Magnetfeldlinien die Erde verlassen. Dieses Oval ist aber nicht immer an derselben Stelle anzutreffen, denn der Sonnenwind verformt das Magnetfeld und verschiebt damit den Ort, an dem es die Erdoberfläche durchstößt.
Je stärker das Bombardement des Sonnenwindes ist, desto näher Richtung Äquator liegt der Punkt, an dem das Magnetfeld die Erdoberfläche verlässt. Andersherum kann man sagen: je ruhiger es auf der Sonne ist, desto nördlicher sind Nordlichter zu sehen. So ist es zu erklären, dass Nordlichter manchmal nur weit im Norden zu beobachten sind, etwa auf Spitzbergen, und bei starken Sonnenstürmen schon Sichtungen in Nordafrika verzeichnet wurden. Auch in Deutschland können deshalb mehrmals im Jahrzehnt Nordlichter gesehen werden!
 

Die verschiedenen Farben

Nordlichter entstehen in extrem großen Höhen: normalerweise leuchten sie 100-250km über uns, reichen manchmal aber bis über 500km in unsere Atmosphäre hinaus. Nur als Höhenvergleich: für die NASA beginnt schon in 80km Höhe das Weltall, und die internationale Raumstation ISS zieht in 400km Höhe ihre Runden.

99% der gesamtem Masse der Atmosphäre konzentrieren sich in den untersten 30km unserer Atmosphäre. Darüber gibt es nur noch wenige Luftmoleküle / Atome, die sich je nach Gewicht und Ladung unterschiedlich anordnen. Wenn ein geladenes Sonnenteilchen jetzt mit großer Geschwindigkeit zur Erdatmosphäre gelangt, dann trifft es nacheinander unterschiedliche Moleküle. Diese werden durch den Zusammenprall zum Leuchten angeregt und stoßen dann Licht aus, das typisch für das jeweilige Atom und seine jeweilige Ionisierung ist.

Die Farben der Nordlichter sind wiefolgt:
Sauerstoff in über 200km Höhe: rot
Sauerstoff in 100-200km Höhe: farblos bis grün
Stickstoff-Atome in 200km Höhe: farblos bis blau-violett
Stickstoff-Moleküle in 80-100km Höhe: pink

Grün ist die mit Abstand häufigste Farbe, u.a. weil Sauerstoff in diesen Höhen am schnellsten und intensivsten leuchtet. Pink kommt nur zustande, wenn die Sonnenpartikel so schnell unterwegs sind, dass sie bis zu tieferen Atmosphärenschichten durchdringen und dort dann auf andere Moleküle treffen können. Blau ist selten zu sehen, denn um Stickstoff in großen Höhen zum Leuchten zu bringen, bedarf es größerer Energie. Selbiges gilt für das dunkle Weinrot, welches der Aurora ihren Namen gab: daher gibt es diese Farbe(n) nur bei starken Sonnenstürmen zu sehen.

Zu erwähnen wäre an dieser Stelle, dass Nordlichter weitaus weniger farbig sind, als es auf den meisten Fotos zu sein scheint. Dies hat mit der Farbwahrnehmung der Kamera und der Farbliebe der meisten Fotografen zu tun: ich werde später im Kapitel "Nordlichtfotografie" darauf eingehen.
Manchmal hat man das Glück, mit bloßem Auge stark gesättigte Farben wahrzunehmen, das ist aber eher selten. Schwache Nordlichter erscheinen uns farblos, erst wenn sie stärker leuchten, erkennt das menschliche Auge sanfte Pastellfarben.
Die im Internet überwiegenden Bilder von neonfarbigen, knallgrünen, blauen oder satt-violetten Polarlichtern sind nicht authentisch: wer in Realität  ein Feuerwerk aus Farben erwartet, wird meist enttäuscht werden! 
 

Beobachtung

Das sogenannte Polarlichtoval erstreckt sich über Nordskandinavien, Island, Grönland, das nördliche Nordamerika und Nordsibirien. Grundsätzlich könnte man Nordlichter dort das ganze Jahr über beobachten – doch wird es in den Mittsommernächten nicht dunkel genug, um die Lichter sehen zu können. Generell gilt: je dunkler es ist, desto größer sind die Chancen auf Nordlichtsichtungen. Daher sind die Monate September bis März am besten für Nordlichtreisen geeignet. Statistisch gesehen kommt es in den Wochen um die Tag-Nacht-Gleiche (23. September / 21. März) häufiger zu Sichtungen – warum, das haben die Wissenschaftler noch nicht verstanden.

Die Tageszeit spielt ebenfalls eine Rolle. Nordlichter können völlig ohne Vorwarnung in der Dämmerung und den frühen Morgenstunden auftreten, statistisch gesehen ist jedoch in der Zeit um Mitternacht mit der höchsten Aktivität zu rechnen.
Auch der Mondzyklus sollte bei der Planung einer Nordlichtreise beachtet werden: der Vollmond ist so hell, dass man am blauen Himmel nur starke Nordlichter sehen kann. In einer Neumondnacht dagegen sieht man selbst das schwächste Nordlicht deutlich und filigran. Für Fotografen interessant sind die Halbmondphasen: dunkel genug, um Nordlichter zu sehen, aber gleichzeitig auch hell genug, um die Landschaft im Vordergrund zu erhellen.

Die in Europa wohl beliebtesten Orte, um Polarlichter zu sehen, sind Nordnorwegen, Nordschweden, Nordfinnland und Island. In Island kann man Nordlichter überall sehen, in Nordskandinavien sollte man den Polarkreis überschreiten. In Norwegen erfreuen sich die Lofoten und die Gegend um Tromsø großer Beliebtheit, in Schweden sind die Orte Abisko und Kiruna als Nordlichtstädte bekannt. Wer eine möglichst hohe Sichtungschance haben will, der sollte sich über die Wetterbedinungen vor Ort erkundigen. Island zum Beispiel ist zwar sehr fotogen, aber hier herrscht im Winter Dauerbewölkung: Nordlichtsichtungen sind hier eine Frage des Glücks. Auch die Lofoten sind für ihre Wetterkapriolen bekannt. Die Orte im skandinavischen Inland tendieren zu stabileren Wetterlagen: aber auch dort kann es zu wochenlanger Bewölkung kommen.

Wichtig, wenn auch nicht beeinflussbar, ist die Sonnenaktivität. Diese variiert in einem elfjährigen Zyklus. Während des sogenannten solaren Minimums kommt es viel häufiger zu sternenklaren, nordlichtfreien Nächten als zu Zeiten des solaren Maximums. Im Jahr 2013 befinden wir uns in einem (schwachen) solaren Maximum, die Sonnenaktivität wird sich bis zum Jahr 2020 verringern und ab dann wieder zunehmen.