Finnische Amateurfotografen haben zusammen mit Weltraumforschern eine bisher unbekannte Variante von Polarlichtern entdeckt. Die Lichtphänomene wurden zeitgleich in Laitila und Ruovesi, Südwestfinnland, fotografiert und von den Hobbywissenschaftern "Dünen" ("the dunes") genannt. Sie entstehen in relativ geringer Höhe von rund 100 Kilometern im oberen Teil der Mesosphäre und werden vermutlich durch "Wellen" von Sauerstoffatomen verursacht, die aufgrund eines von der Sonne freigesetzten Partikelstroms zu grünem Leuchten angeregt werden.

Kaum erforschte Region

"Jener Teil der Nordlichtzone, in dem die elektrisch neutrale Atmosphäre der Erde auf den Rand des Weltraums trifft, ist eine äußerst herausfordernde Umgebung für Satelliten und andere weltraumgestützte Instrumente", sagte Minna Palmroth von der Universität Helsinki, die das Team von Fachleuten und Hobbyasforschern leitete. "Deshalb ist es eine der am wenigsten untersuchten Regionen unseres Planeten. Aufgrund der Schwierigkeiten bei der Messung der atmosphärischen Phänomene, die in 80 bis 120 Kilometern Höhe auftreten, nennen wir dieses Gebiet manchmal die 'Ignorosphäre'."

Die "Dünen" wurden genau in dieser Region der Nordlichtzone beobachtet. Zunächst herrschte Unklarheit darüber, ob es sich hauptsächlich um ein Phänomen der Atmosphäre oder des Weltraums handelt. "Die Helligkeitsunterschiede innerhalb der Dünenwellen könnten entweder auf Wellen in den aus dem Weltraum kommenden Partikeln oder auf die darunter liegenden atmosphärischen Sauerstoffatome zurückzuführen sein", sagt Palmroth. "Am Ende schlugen wir vor, dass die Dünen das Ergebnis einer erhöhten Sauerstoffatomdichte sind."

Rätselhafte Gleichmäßigkeit

Als besonders rätselhaft erwies sich dabei die Frage, wie die durch graviative Wellen in der Atmosphäre verursachte Dichtevariabilität der Sauerstoffatome zu einem so gleichmäßigen Wellenmuster führen kann. Normalerweise gibt es in dieser Höhe unterschiedliche Arten von Schwerewellen, die sich bei verschiedenen Wellenlängen in vertikale und horizontale Richtungen ausbreiten.

Die nun im Fachjournal "AGU Advances" präsentierte Studie legt nahe, dass große Temperaturunterschiede zwischen bestimmten Atmosphärenschichten die Hauptursache für das Phänomen bilden. Dabei entsteht in der Mesosphäre eine Inversionsschicht, die eine ungestörte Ausbreitung von Schwerewellen ermöglicht. Die gerippte Struktur der Nordlichter könnte sich demnach bilden, wenn die Sauerstoffatome durch die Schwerewellen zu einem gleichförmigen Muster verdichtet werden. Wissenschafter haben schon früher beobachtet, dass Eiskristalle in einer Inversionsschicht durch Schwerewellen vergleichbare Muster bilden. (tberg, red, 2.2.2020)