Das Nordlicht (Aurora Borealis) vom Polarkreis am 14. März 2016. Die seltene violette Farbe kann manchmal in der Nähe der Pole gesehen werden, da eine Kombination aus blauen und roten Emissionslinien von Atomen diesen ungewöhnlichen Anblick zusammen mit dem typischeren erzeugen kann grün. (Olivier Morin / AFP / Getty Images)

Wie die Wissenschaft die besten Aurora-Shows der Welt hervorbringt (und Sie sehen können)

Einschließlich wohin und wann, für die spektakulärsten Aussichten.

Vor dem Hintergrund eines dunklen, klaren Nachthimmels können Sie mit bloßem Auge den Mond, Planeten, Sterne, die Milchstraße und sogar Deep-Sky-Objekte sehen. Wenn Sie sich jedoch in der Nähe der Pole befinden und die richtigen Bedingungen vorliegen, sehen Sie am Himmel noch etwas anderes: einen schimmernden, sich schnell bewegenden Farbvorhang. Meistens ist diese Farbe ein brillantes Grün, obwohl manchmal auch Blau- und Rottöne auftreten. Über Jahrhunderte hinweg bewunderten Himmelsbeobachter das Erscheinungsbild der Aurora Borealis (im Norden) und der Aurora Australis (im Süden), hatten jedoch keine Ahnung, wie diese vorübergehenden Lichtshows entstanden. Heute verstehen wir nicht nur, was sie verursacht, sondern können auch vorhersagen, wann sie auftreten werden, wie spektakulär sie sein werden und - am spektakulärsten für diejenigen von uns, die die Sehenswürdigkeiten für sich selbst sehen wollen - wohin sie gehen müssen die besten Ansichten dieser Phänomene in der Welt.

Die Aurora Borealis oder das Nordlicht erleuchten den Nachthimmel am 12. November 2015 in der Nähe der Stadt Kirkenes in Nordnorwegen. (Jonathan Nackstrand / AFP / Getty Images)

Wenn Sie die Erdatmosphäre von einem extrem hohen Punkt aus betrachten, werden Sie sehen, dass sie Schichten aufweist, die sich von ihren verschiedenen Eigenschaften abheben. In einer Höhe von etwa 80–105 km befindet sich in unserer Atmosphäre eine Natriumschicht, die tagsüber bei direkter Sonneneinstrahlung in einen aufgeregten Zustand übergeht. In der Nacht kühlen die Atome ab und fallen in den Grundzustand, wobei sie ein charakteristisches gelbes Leuchten ausstrahlen. Wenn Sie höher steigen, binden Sauerstoff-, Stickstoff- und Wasserstoffatome auf verschiedene Weise zusammen, um andere optische Effekte zu erzielen.

Die Aurora Australis ist, von der ISS aus gesehen, eine der beiden Hauptauroren des Planeten. Das gelbe und das grüne Phänomen rechts sind das Luftglühen der Natriumschicht und der Luftsauerstoff darüber. (ESA / NASA)

Sie können aus Hydroxyl (OH) -Molekülen, die sich mit der Natriumschicht überlappen, ein rotes Luftglühen in geringer Höhe erzeugen. Über diesen beiden Schichten können Sie hellgrüne Luftstrahlen von Stickoxid (NO) und vor allem von einatomigem Sauerstoff (O) sehen. Ein blaues Leuchten erscheint manchmal direkt über der grünen Schicht, da zwei Sauerstoffatome molekularen Sauerstoff (O2) bilden, ein Vorgang, der wiederum hauptsächlich nachts stattfindet. Schließlich wird aus Elektronen, die durch die Orbitale von angeregten Sauerstoffatomen und angeregten Hydroxylradikalen (OH-) fallen, ein ultrarotes Höhenfluglicht erzeugt.

Der Kommandant der ISS-Expedition 30, Dan Burbank, nahm dieses Bild des Kometen Lovejoy mit dem Luftglühen der Erde im Vordergrund auf. Beachten Sie die verschiedenen farbigen Schichten, die Emissionslinien entsprechen, die von Elementen und Molekülen in ausgewählten Höhen stammen. (NASA / Dan Burbank)

All dies ist normal, routinemäßig und wird einfach durch Sonnenlicht verursacht, das mit der Erdatmosphäre interagiert. Tagsüber trifft Licht auf diese Atome, Moleküle und Ionen, erregt oder ionisiert sie, und nachts fallen die Elektronen zurück in Richtung niedrigerer Energien und senden dabei Licht aus. Die Sonne strahlt jedoch oft mehr als nur Licht aus: Sie kann auch Partikel emittieren. Der Sonnenwind ist ein Beispiel für einen langsamen, stetigen Strom von Partikeln, die von der Sonne kommen und an der Erde, allen Planeten und schließlich aus unserem Sonnensystem heraus wandern. es ist immer präsent Aber hin und wieder werden wir ein Ereignis wie eine Sonneneruption, einen Koronamassenauswurf oder eine andere Verbesserung der Partikel - sowohl in Bezug auf die Geschwindigkeit als auch auf die Anzahl - erleben, die hier auf der Erde ein spektakuläres Bild ergeben können.

Das Erdmagnetfeld schützt uns normalerweise vor den geladenen Partikeln, die die Sonne emittiert. Wenn jedoch eine magnetische Verbindung zwischen dem Sonnenfeld und der Erde hergestellt wird, können die Partikel um die Polargebiete herabfließen und eine spektakuläre Auroralshow erzeugen. (NASA / GSFC / SOHO / ESA)

Von der Sonne emittierte geladene Teilchen bewegen sich nicht einfach in einer geraden Linie, sondern folgen einem Pfad, der durch das Magnetfeld der Sonne gekrümmt ist. Da die Erde auch über ein Magnetfeld verfügt, werden diese Partikel häufig um die Magnetpole der Erde geschleust, wobei die schnelleren Partikel in der Lage sind, näher an den Äquator heranzukommen. Die Erdatmosphäre hat eine bemerkenswerte Aufgabe darin, die Oberfläche vor diesen Partikeln zu schützen. Solange Sie am Boden sind, sind Sie auch vor dem massivsten Sonnensturm physisch sicher. Aber je näher Sie einem der Magnetpole der Erde sind, desto größer ist die Chance, dass Sie eine spektakuläre aurorale Lichtshow sehen.

Der hier gezeigte planetarische K-Index für nördliche Breiten. Vitrinen, in denen Auroralansichten normalerweise sichtbar und nicht sichtbar sind. Der K-Index liegt auf einer Skala von 0 bis 9, wobei 1 eine typische, ruhige Aktivität ist und Auroren nördlich der für einen bestimmten Wert angezeigten Linie sichtbar sind. (NOAA; mit freundlicher Genehmigung von VE3EN unter http: //www.solarham .net / viewing.htm)

Die Teilchen, die auf die Erde treffen, werden entlang der Magnetpole in unsere Atmosphäre geschleust und treffen dort auf der Nord- und Südseite in einem „Ring“ auf unsere Welt.

Dies ist ein Falschfarbenbild des ultravioletten Aurora australis, das vom NASA-Satelliten IMAGE aufgenommen und auf das satellitenbasierte Blue Marble-Bild der NASA gelegt wurde. Das Aurora-Bild ist jedoch absolut echt. (NASA)

Die größten Shows kommen von Sonneneruptionen; Je stärker die Fackel ist, die den Ausstoß aus der Sonne verursacht hat, desto schneller und energischer sind diese Partikel. Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff in unserer oberen Atmosphäre werden von dieser Strahlung getroffen, ionisieren und treffen schließlich auf frei schwebende Elektronen, mit denen sie sich neu verbinden können. Wenn diese Elektronen in ihrem Energieniveau abfallen, senden sie Licht mit einigen bestimmten Wellenlängen aus: am häufigsten grün, aber manchmal rot oder blau. Die Atmosphäre besteht aus den gleichen Atomen, Molekülen und Ionen auf der ganzen Welt; Die Abweichung wird durch die spezifischen Eigenschaften der Partikel verursacht, die zu diesem Zeitpunkt auf die Atmosphäre treffen!

Eine mehrfarbige Aurora, die mit der Milchstraße über Neuseeland gezeigt wird, ist möglich, wenn ankommende geladene Teilchen auf verschiedene Schichten und Elemente in der Atmosphäre treffen. (Ben (seabirdnz) von flickr)

Es überrascht viele Menschen, die Standbilder der Aurora gesehen haben, als sie sie zum ersten Mal selbst mit eigenen Augen sehen. Aurorale Displays sind nicht statisch, sondern bewegen sich ziemlich schnell wie ein grüner, diffuser Vorhang, der über den Himmel gezogen und gewirbelt wird. Die beste Aussicht auf die Aurora - und ich hasse es zu sagen, weil die meisten von uns sie niemals aus erster Hand erleben werden - befindet sich über der Erdatmosphäre im Weltraum.

Der zweitbeste Ort, an dem Sie die Aurora sehen können, befindet sich jedoch an einem beliebigen Ort innerhalb eines Abstands von 30 Grad zum Erdmagnetpol. Dies umfasst einen Großteil von Nordkanada und Russland, Nordnorwegen, Schweden und Finnland sowie ganz Island, Grönland und (im Süden) die Antarktis. Auch ohne ein spektakuläres Sonnenereignis sind Auroren an diesen Orten an der Tagesordnung. Obwohl Sie sie zu jeder Jahreszeit sehen können, ist die beste Zeit, sie anzusehen, der Winter, in dem Sie die meisten Stunden der Dunkelheit haben und wenn Sie zufällig einen klaren Himmel erleben.

Der gebürtige Isländer Óðinn Kári Karlsson hat diese Fotos im März als erstes Experiment der Aurora-Fotografie aufgenommen. Mit einem Stativ und einer Belichtung von 15 bis 30 Sekunden konnte er diese atemberaubenden Bilder eines der spektakulärsten Naturphänomene der Natur aufnehmen. (Óðinn Kári Karlsson)

Die Fotos, die Sie von Auroren sehen, sind unglaublich beeindruckend und repräsentieren das, was Sie in einer relativ kurzen Zeitspanne sehen würden: normalerweise nur 15 bis 30 Sekunden. Ich sprach mit Óðinn Kári Karlsson (im obigen „Aurora Selfie“), der in Island lebt. Während er viel Erfahrung mit Fotoausrüstung und der Tourismusbranche hat, sind das oben gezeigte Aurora-Foto und die Galerie unten das erste Mal, dass er eine Aurora selbst fotografiert! Nach Óðinn:

[Dies] war mein erstes Mal, dass ich meine eigenen Fotos gemacht habe, nachdem ich meinen Kunden jahrelang dabei geholfen hatte, ihre Kameras auf Tour zu benutzen. Ich habe die fotos mit iso 1600, blende 28 und verschlusszeit zwischen 15 und 30 sek gemacht. Dann habe ich ein Stativ benutzt. Das Gebiet, in dem ich sie aufgenommen habe, ist Stykkishólmur auf Snæfellsnes.

Überzeugen Sie sich selbst von der Galerie!

Eine Reihe von Fotos der Polarlichter aus Island mit einer Belichtung von 15 bis 30 Sekunden zeigen einen unglaublichen Himmel, der noch größer ist als das, was die menschlichen Augen sehen können. (Óðinn Kári Karlsson)

Im kommenden Januar führe ich eine Astrotour durch Island (die Plätze sind noch offen), einem der besten und zuverlässigsten Orte, um die Aurora Borealis auf der ganzen Welt zu sehen. Mit 16 Stunden völliger Dunkelheit pro Nacht in der Nähe der Sonnenwende bietet Ihnen jeder Ort mit klarem Himmel, der sich in der Nähe der Pole befindet und frei von Lichtverschmutzung ist, eine spektakuläre Chance, dieses Naturwunder des Planeten Erde selbst zu erleben. Ähnlich wie bei einer totalen Sonnenfinsternis sind die Bilder, Videos und Beschreibungen atemberaubend, aber es ist kein Ersatz dafür, sie selbst zu erleben. Das Universum ist da draußen; Verpassen Sie nicht Ihre Chance, alles zu erleben, was es zu bieten hat.

Starts With A Bang ist jetzt auf Forbes und dank unserer Patreon-Unterstützer auf Medium neu aufgelegt. Ethan hat zwei Bücher verfasst, Beyond The Galaxy und Treknology: The Science of Star Trek von Tricorders bis Warp Drive.