Warum Polarlichter unterschiedliche Farben haben
Die Farben der Polarlichter entstehen, wenn geladene Teilchen aus dem Weltraum in der oberen Atmosphäre auf Sauerstoff- und Stickstoffteilchen treffen. Bei diesen Zusammenstößen nehmen die Teilchen Energie auf. Geben sie diese wieder ab, entsteht Licht. Welche Farbe zu sehen ist, hängt vor allem davon ab, welches Gas beteiligt ist, wie viel Energie übertragen wurde und in welcher Höhe die Begegnung stattfindet.
Das Leuchten ist also nicht einfach eine einheitliche Lichtfläche, die nach Belieben ihre Farbe wechselt. In verschiedenen Bereichen der Atmosphäre entstehen unterschiedliche Lichtemissionen. Sie überlagern sich am Himmel zu Bögen, Schleiern oder Bändern. So können die Polarlichter gleichzeitig grün, rot, violett oder rosa wirken.
Die Rolle von Sauerstoff und Stickstoff
Sauerstoff ist für die beiden häufigsten Polarlichtfarben verantwortlich: Grün und Rot. Stickstoff trägt vor allem zu blauen und violetten Tönen bei. Die jeweiligen Farben entsprechen bestimmten Wellenlängen des Lichts, die von den angeregten Atomen und Molekülen ausgesendet werden.
Auch die Höhe spielt eine Rolle. In verschiedenen Höhen herrschen unterschiedliche Bedingungen: Die Luftdichte nimmt nach oben ab, und angeregte Teilchen können unterschiedlich lange bestehen, bevor sie mit anderen Teilchen zusammenstoßen. Dadurch wird beeinflusst, ob sie Licht abgeben können und welche Emission besonders deutlich ausfällt.
Grün: die häufigste Farbe der Polarlichter
Grün ist die Farbe, die viele Menschen am ehesten mit Polarlichtern verbinden. Sie entsteht meist durch angeregte Sauerstoffatome, und zwar tiefer in der Atmosphäre als das rote Sauerstoffleuchten. Die genaue Höhe variiert, denn die Leuchterscheinung bildet keine scharf begrenzte Schicht.
Das grüne Licht hat eine Wellenlänge von ungefähr 558 Nanometern. Es ist für das menschliche Auge vergleichsweise gut wahrnehmbar. Deshalb erscheint ein Polarlicht oft schon grün, wenn es mit bloßem Auge eher schwach leuchtet. Bei kräftigeren Erscheinungen können die Grüntöne intensiv sein und sich in gewundenen Bögen oder bewegten Vorhängen über den Himmel ziehen.
Wie hell das Grün wirkt, hängt nicht nur von der Stärke der Emission ab. Auch die Dunkelheit des Standorts und die Anpassung der Augen spielen mit hinein. Direkt nach dem Aufenthalt in hellem Licht fällt es schwerer, schwache Farben am Nachthimmel zu erkennen. Nach einer Weile im Dunkeln können sich die Augen besser an die geringe Helligkeit gewöhnen.
Rot: Licht aus größerer Höhe
Rotes Polarlicht entsteht ebenfalls durch Sauerstoff. Es zeigt sich häufig in größerer Höhe als das grüne Licht. Dort ist die Atmosphäre dünner. Angeregte Sauerstoffatome können länger bestehen, bevor Zusammenstöße ihre Energie verändern. So haben sie Zeit, rotes Licht abzugeben.
Die rote Sauerstoffemission liegt bei ungefähr 630 Nanometern. Obwohl diese Farbe für das Auge grundsätzlich sichtbar ist, erscheint sie bei schwachem Polarlicht oft weniger kräftig als Grün. Rote Bereiche können deshalb wie ein diffuser Schimmer über einer grünen Struktur liegen oder als hohe, breite Fläche erscheinen. Bei intensiven Erscheinungen kann Rot deutlich leuchten.
Rotes Polarlicht muss nicht immer als klar abgegrenzter roter Streifen zu sehen sein. Je nach Helligkeit und Bedingungen kann es eher rosa, dunkelrot oder beinahe purpurfarben wirken. Häufig ist die Farbe mit anderen Emissionen gemischt, die gleichzeitig in benachbarten Höhen auftreten.
Violett und Blau: der Beitrag des Stickstoffs
Blaue und violette Töne entstehen vor allem durch angeregte Stickstoffmoleküle und ionisierten Stickstoff. Diese Emissionen treten oft in tieferen Bereichen des Polarlichts auf als das rote Sauerstoffleuchten. Welche Farbe überwiegt, hängt unter anderem davon ab, wie viel Energie auf die Teilchen übertragen wird.
Violette Ränder können am unteren Ende eines Polarlichtvorhangs sichtbar werden. Blau ist für das menschliche Auge bei schwacher Beleuchtung schwieriger zu erkennen. Deshalb wirken diese Bereiche mit bloßem Auge oft dunkler oder weniger farbintensiv als auf einer Aufnahme. Bei einem starken Leuchten können die blauen und violetten Anteile deutlicher hervortreten.
Stickstoff kann auch zu rosafarbenen Erscheinungen beitragen. Rosa entsteht häufig dort, wo sich rote und blaue oder violette Lichtanteile überlagern. Der Eindruck hängt davon ab, welche Emissionen gleichzeitig vorhanden sind und wie hell sie erscheinen. Ein Farbton lässt sich deshalb nicht immer eindeutig einem einzelnen Gas zuordnen.
Weshalb die Farben ineinander übergehen
Ein Polarlicht verläuft selten wie eine gleichmäßig gefärbte Fläche. Es besteht aus Lichtemissionen, die in unterschiedlichen Höhen und Bereichen entstehen. Da diese Bereiche nicht scharf voneinander getrennt sind, gehen die Farben oft ineinander über. Ein grüner Bogen kann zum Beispiel oben einen roten Schimmer tragen und am unteren Rand violett erscheinen.
Auch die Bewegung verändert den Farbeindruck. Ein Polarlichtvorhang kann sich falten, auffächern oder in Bögen verschieben. Dabei verändert sich, welche leuchtenden Bereiche aus der jeweiligen Blickrichtung übereinanderliegen. Die Farben wirken dann stellenweise kräftiger, blasser oder gemischt, obwohl weiterhin dieselben grundlegenden Prozesse ablaufen.
Sind Gelb und Rosa eigene Polarlichtfarben?
Gelbe und rosafarbene Bereiche sind oft Mischfarben. Gelb kann entstehen, wenn sich verschiedene Lichtanteile überlagern, während Rosa häufig aus roten und blauen beziehungsweise violetten Emissionen hervorgeht. Solche Farbtöne bedeuten daher nicht unbedingt, dass ein weiteres einzelnes Gas für das Leuchten verantwortlich ist.
Warum das Auge andere Farben wahrnimmt als eine Kamera
Bei wenig Licht nimmt das menschliche Auge Farben anders wahr als bei Tageslicht. Die für das Farbsehen zuständigen Sinneszellen arbeiten in der Dunkelheit eingeschränkt. Ein schwaches Polarlicht kann deshalb mit bloßem Auge eher weißlich oder grau wirken, obwohl es auf einer Aufnahme grün, violett oder rot erscheint.
Eine Kamera kann Licht über eine längere Belichtungszeit sammeln. Dadurch werden Farben festgehalten, die für das Auge zu schwach oder zu kurz sichtbar sind. Das erklärt, warum Aufnahmen oft farbintensiver wirken als der unmittelbare Eindruck am Himmel. Es bedeutet jedoch nicht automatisch, dass die Farben frei erfunden sind: Die Aufnahme kann vorhandene Lichtanteile sichtbar machen, die bei geringer Helligkeit für das Auge schwer zu erkennen waren.
Der Vergleich zwischen einer Aufnahme und der Erinnerung an den Himmel sollte deshalb vorsichtig erfolgen. Eine Kamera bildet Licht anders ab als das menschliche Sehen. Auch die Darstellung auf einem Bildschirm beeinflusst den Eindruck. Für die Einschätzung der tatsächlichen Erscheinung sind daher sowohl die Bedingungen vor Ort als auch die Art der Aufnahme relevant.
Was beeinflusst die sichtbaren Polarlichtfarben?
Mehrere Faktoren wirken zusammen. Entscheidend sind die Art der angeregten Teilchen, die Höhe der Emission und die Energie, die bei den Zusammenstößen übertragen wurde. Hinzu kommt, wie hell das Polarlicht ist und wie gut sich die Augen an die Dunkelheit angepasst haben.
Für die Beobachtung helfen einfache Rahmenbedingungen: Gib deinen Augen Zeit, sich an die Dunkelheit zu gewöhnen, und vermeide möglichst helles Licht in der unmittelbaren Umgebung. Achte nicht nur auf kräftige Farben, sondern auch auf feine Helligkeitsunterschiede und Strukturen. Gerade schwache Polarlichter können zunächst farblos wirken und erst später einzelne grüne, rote oder violette Bereiche erkennen lassen. Ob in einer Nacht überhaupt mit Aktivität zu rechnen ist, zeigen Weltraumwetter-Warnungen; ob der Himmel dafür frei bleibt, die Bewölkungsprognose.
Die Farben sind kein verlässlicher Maßstab dafür, wie nahe ein Polarlicht am Beobachtungsort erscheint. Ein hoher roter Bereich kann weit über einem grünen Leuchten liegen, und beide können gemeinsam am Himmel sichtbar sein. Der Farbeindruck erklärt vor allem, welche Emissionen in den jeweiligen Teilen des Polarlichts stattfinden.
Häufige Fragen zu Polarlichtfarben
Können Polarlichter auch weiß erscheinen?
Ja. Bei schwachem Leuchten kann das Auge die Farben nur eingeschränkt unterscheiden, sodass ein Polarlicht weißlich oder grau wirkt. Aufnahmen können zugleich Farbanteile zeigen, die mit bloßem Auge kaum auffallen.
Gibt es auf der Südhalbkugel andere Polarlichtfarben?
Die grundlegenden Farben entstehen dort durch dieselben Arten von Emissionen: Sauerstoff trägt zu Grün und Rot bei, Stickstoff zu Blau und Violett. Die örtliche Erscheinung kann sich unterscheiden, aber die physikalischen Ursachen der Farben sind vergleichbar.
Können Polarlichter orange leuchten?
Ein orangefarbener Eindruck kann durch die Überlagerung verschiedener Lichtanteile entstehen. Häufig lässt sich ein solcher Ton nicht einer einzigen Emission zuordnen. Auch die Wahrnehmung und die Darstellung einer Aufnahme können den Farbeindruck beeinflussen.
Verändert Mondlicht die tatsächliche Farbe eines Polarlichts?
Mondlicht verändert nicht die Emissionen in der Atmosphäre. Es kann den Himmel jedoch insgesamt heller erscheinen lassen und dadurch den Kontrast schwacher Polarlichter verringern. Die Farben können dann weniger deutlich hervortreten.
Fazit
Die Farben der Polarlichter verraten, welche Teilchen in welcher Höhe Licht abgeben: Sauerstoff sorgt vor allem für Grün und Rot, Stickstoff für blaue und violette Anteile. Rosa, Gelb und ähnliche Töne entstehen häufig durch überlagerte Emissionen. Wie kräftig die Farben wirken, hängt zusätzlich von der Helligkeit, der Dunkelheit und der Wahrnehmung des menschlichen Auges ab.