Wenn man versucht, das Nordlicht aufzuspüren so steht einem heutzutage eine Vielzahl an Hilfsmitteln zur Verfügung. Unser Zentralgestirn, die Sonne, steht unter ständiger Beobachtung durch Satelliten und Teleskope. Eruptionen auf der Sonne und damit einhergehender extremer Sonnenwind kann eine Gefahr für Satelliten und Astronauten darstellen aber zum Beispiel auch die Telekommunikation oder Stromversorgung auf der Erde beeinträchtigen. Jede Veränderung, die sich auf der Sonne abspielt wird daher registriert und dokumentiert. Viele dieser Informationen, die natürlich auch die Polarlichtvorhersage betreffen, sind öffentlich über das Internet abrufbar. Aber wie interpretiere ich diese Informationen möglichst schnell und einfach, um eine Wahrscheinlichkeit für einen bevorstehenden Polarlichtausbruch beurteilen zu können?

Die Polarlichtaktivität und der Kp-Index

Für die objektive Erfassung der Polarlichtaktivität wird meistens der sogenannte  Kp-Wert herangezogen. Der Kp-Wert wird auf einer Skala von 0 – 9 angegeben. 0 bedeutet keine Polarlichtaktivität und 9 bedeutet extrem hohe Polarlichtaktivität. Bei diesem Wert wird angezeigt wie sehr das Erdmagnetfeld durch geomagnetische Störungen, die auf den Sonnenwind zurück zu führen sind, beeinträchtigt wird. Der Kp-Wert ist ein Mittelwert der Messungen von mehreren weltweit verteilten Magnetometerstationen und wird für ein 3 Stundenintervall angegeben. Da es sich hierbei um einen weltweiten Mittelwert handelt, kann unserer Erfahrung nach dieser Wert nur als grobe Schätzung zur Polarlichtaktivität angesehen werden. Wir haben wunderbares Nordlicht bei einem vorhergesagten Kp2 bewundert und andererseits bei einer Vorhersage von Kp5 keine Spur von einem zu erwartenden Polarlichtausbruch gesichtet.

Die wichtigsten Eigenschaften des Sonnenwindes für die Polarlichtaktivität

Die Eigenschaften des Sonnenwindes haben großen Einfluss auf die Entstehung und die Aktivität des Polarlichts. Zusammengefasst sind die wichtigsten Eigenschaften:

Übersichtstabelle über die wichtigsten Eigenschaften des Sonnenwindes für die Polarlichtvorhersage

Ausrichtung des IMF (Bz-Wert)

Der Bz-Wert des IMF gibt darüber Auskunft, wie das IMF relativ zum Erdmagnetfeld in Nord-Süd Richtung ausgerichtet ist. Je südlicher das IMF ausgerichtet ist desto niedriger (negativer) ist der Bz-Wert und desto einfacher kann der Sonnenwind in das Erdmagnetfeld eindringen und Polarlichter hervorrufen. Der Bz-Wert stellt den wichtigsten Wert für die Polarlichtentstehung dar. Ohne eine südliche Ausrichtung des IMF kann der Sonnenwind nicht effektiv in das Erdmagnetfeld eindringen und dann nützen zum Beispiel auch eine hohe Partikelgeschwindigkeit und –dichte nicht viel.

Darstellung der Ausrichtung des IMF (Bz)

Partikelgeschwindigkeit

Eine höhere Partikelgeschwindigkeit begünstigt die Polarlichtentstehung. Die Partikelgeschwindigkeit ist nach der Ausrichtung des IMF (Bz) der zweitwichtigste Parameter für die Polarlichtaktivität.

Partikeldichte

Eine höhere Partikeldichte begünstigt die Polarlichtentstehung.

IMF-Stärke (Bt-Wert)

Je stärker das IMF ausgebildet ist, desto höher ist der Bt-Wert. Ein starkes IMF begünstigt die Polarlichtentstehung.

Ein wichtiger Hinweis zu diesen Messwerten

Die zuvor beschriebenen Sonnenwindeigenschaften werden in Echtzeit gemessen. Allerdings nicht auf der Erde, sondern durch Satelliten die sich auf einer Umlaufbahn zwischen Erde und Sonne befinden (über eine Million km von der Erde entfernt). Hier muss deshalb immer eine gewisse Verzögerung einberechnet werden, bis der vom Satelliten gemessene Sonnenwind auf der Erde eintrifft. Diese Verzögerung ist abhängig von der Partikelgeschwindigkeit und bewegt sich in einer Größenordnung von etwa 45 Minuten.

Die Polarlichtaktivität und das Erdmagnetfeld

Die Ausrichtung und Stärke des Erdmagnetfeldes an einem bestimmten Ort auf der Erde wird mit Magnetometern gemessen. Es ist daher für die Polarlichtvorhersage wichtig, auf Daten von einem Magnetometer zurückzugreifen, das sich in der gleichen Region befindet. In Nordeuropa ist es nicht sinnvoll die Ausschläge eines Magnetometers in Nordamerika zu beobachten.
Als Faustregel gilt hier: je eher sich die Magnetometerlinie (meistens sind es mehrere Linien für die verschiedenen räumlichen Ausrichtungen des Magnetfeldes) einer „Seismographenkurve während eines Erdbebens“ annähert, also große Ausschläge sowohl nach oben als auch nach unten zeigt, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich gerade eine Polarlichtshow abspielt. Bildlich kann man sich das so vorstellen, dass der Sonnenwind, der in das Erdmagnetfeld eindringt, an den Feldlinien des Erdmagnetfeldes wie an einem Gitter rüttelt. Dieses „Rütteln“ wird als Ausschlag im Magnetometer angezeigt. Wenn das Magnetometer hingegen nur eine gerade Linie zeigt, kann mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden, dass zu dieser Zeit Polarlichter zu sehen sind. Unserer Erfahrung nach ist das Magnetometer der verlässlichste Indikator für Polarlichtaktivität (nur noch davon übertroffen, selbst in den Himmel zu sehen). Wenn am Magnetometer heftige Ausschläge zu sehen sind kann davon ausgegangen werden, dass draußen gerade die Polarlichter über den Himmel tanzen. Oder anders gesagt: Wenn man sieht, dass die Magnetometerkurve plötzlich beginnt steil abzufallen (oft auch nach einem voran gegangenen steilen Anstieg) dann ist es an der Zeit sich anzuziehen und hinaus zu gehen.
Noch eine kurze Anmerkung zu den Magnetogrammen und ihre Darstellung: Für die Einschätzung der Dimension der Magnetometerausschläge sollte man immer auch einen Blick auf die Skala der y-Achse werfen. Diese wird oft automatisch an die Amplitude der Ausschläge angepasst. Für extrem starke Polarlichter, die sogar bis Mitteleuropa zu sehen sind, sollte die Abweichung von der Nulllinie bei etwa 1300 nT oder höher liegen.

Vorhersage zu koronalen Massenauswürfen (CMEs)

Wenn durch ein Ereignis auf der Sonne eine CME ausgelöst wurde möchte man natürlich wissen, ob und wann die Plasmawolke auf die Erde trifft. Hier stehen Vorhersagemodelle zur Verfügung, als Suchbegriff eignet sich „WSA-Enlil“. Diese Modelle sind allerdings mit Vorsicht zu genießen, speziell wenn es sich um die prognostizierte Ankunftszeit der CME auf der Erde handelt. Auch wenn man Kommentare findet, die über die Auswirkung der CME auf mögliche Polarlichter spekuliert, ist Vorsicht angebracht. Wir haben schon erlebt, dass man hier sowohl in die eine als auch in die andere Richtung falsch gelegen ist. Eine CME, die als „kleiner Huscher“ angekündigt wird kann sich schließlich als großes Spektakel erweisen und umgekehrt.

Zeitangaben in UTC

Die Zeitangaben zu den Messwerten erfolgen üblicherweise in der Weltzeit oder koordinierten Weltzeit UTC. Für mitteleuropäische Länder, wie zum Beispiel Österreich oder Deutschland, entspricht die UTC der mitteleuropäischen Zeit MEZ zuzüglich 1 Stunde (für die Sommerzeit: +2 Stunden). Dies ist bei der Interpretation bzw den Zeitangaben auf den diversen Nordlichtvorhersageplattformen zu beachten.

Unsere Erfahrungen mit der Nordlichtvorhersage

Auf unseren Nordlichturlauben betrachten wir üblicherweise alle Werte, wobei wir besonderes Augenmerk auf das Bz legen. Wenn dieses südlich ausgerichtet ist, bzw steil von nördlich auf südlich abfällt, dann ist für uns auf jeden Fall Nordlichtalarm angesagt. Da, wie schon besprochen, die Anzeige jenen Wert angibt der momentan bei dem Satelliten gemessen wird, hat man je nach Geschwindigkeit des Sonnenwindes Zeit um sich anzuziehen und vorzubereiten. Hier ist dann etwas Geduld gefragt und die Beobachtung des Magnetometers. Üblicherweise ist es so, dass mindestens eine Person mit Walkie Talkie im Freien Ausschau hält und die Personen die sich noch aufwärmen wollen startklar das Magnetometer im Auge behalten. Durch die Möglichkeit der zeitgleichen Beobachtungen des Magnetometers und des Himmels ermöglichen es auch Erfahrungen zu den Prognosen und den Tools zur Nordlichtvorhersage zu sammeln und einschätzen zu lernen. Aber auch hier möchten wir nochmals unterstreichen, das kein Messwert oder Vorhersage die eigene Beobachtung des Nachthimmels ersetzen kann.