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Das Polarlicht

Wisst ihr wie es eigentlich ensteht? Hier habe ich eine Erklärung, die ich für meinen Physikunterricht schreiben musste!

Die Ursache des Polarlichts liegt auf der Sonne. Die Sonne strahlt nicht nur Licht und Wärme aus, von ihr geht auch ein unablässiger Strom elektrisch geladener Teilchen, hauptsächlich aus Protonen und Elektronen, insgesamt jedoch elektrisch neutral, aus, der sogenannte Sonnenwind. Mit Geschwindigkeiten zwischen 300 und 800 Kilometern pro Sekunde schießen die geladenen Teilchen durch das All. Nach 48-100 h erreicht er das Erdmagnetfeld, die geladenen Teilchen dringen nicht zur Erdoberfläche durch, sondern bewegen sich innerhalb der Magnetosphäre infolge der Lorenzkraft auf Schraubenbahnen um die magnetischen Feldlinien. Die geladenen Teilchen dringen dabei bei hohen geographischen Breiten in die Atmosphäre ein. Dabei kollidieren sie in Höhen von 70 bis 1000 km mit den Stickstoff- und Sauerstoffatomen der sehr dünnen Lufthülle. Bei diesen Zusammenstößen wird Energie frei und die Atome werden zum Leuchten angeregt. Wir sehen dieses Leuchten dann als Polarlichter.

Erklärung:
Trifft der Sonnenwind senkrecht oder parallel zum Erdmagnetfeld ein passiert nichts. Treffen die Elektronen parallel eintreffen werden sie nicht abgelenkt und strömen an der Erde vorbei. Treffen die Elektronen senkrecht, so können die Teilchen dort kaum eindringen. Die im Erdmagnetfeld bewegten Elektronen erfahren die Lorenzkraft, welche bei senkrechtem Einschuss zum Magnetfeld als Zentripetalkraft wirkt, die die Elektronen auf eine Kreisbahn zwingt. Die Elektronen befinden sich nun auf dieser Kreisbahn, bis sie den Einflussbereich des Erdmagnetfeldes verlassen. Dann behalten sie nach dem Trägheitsgesetz ihre Richtung und Geschwindigkeit bei. Man kann also sagen, dass senkrecht auftreffende Elektronen von dem Magnetfeld der Erde ab- und zurückgelenkt werden.

Wenn die Elektronen allerdings schräg eintreffen, überlagern sich zwei Bewegungen (parallel und senkrecht). Zusammen ergibt sich eine schraubenlinienförmige Bahn. Die Elektronen winden sich also schraubenlinienförmig um die magnetischen Feldlinien in Richtung des magnetischen Pols.
Bei dem Erdmagnetfeld handelt es sich nun allerdings um ein inhomogenes Feld. Hier konvergieren die Feldlinien zum Pol hin d.h. die Feldliniendichte nimmt zu. Das Magnetfeld wird dem zu Folge zum Pol hin stärker. Beim Pol werden die Elektronen durch die spiralförmige Bewegung dazu gezwungen umzukehren.

Wenn die Geschwindigkeit der geladenen Teilchen groß genug ist, dann erreichen sie den Umkehrpunkt erst innerhalb der Atmosphäre und können dabei mit den Sauerstoff- und Stickstoffatomen der Atmosphäre kollidieren. Durch die Stoßaßanregungen kommt es dabei zu Energieübertragungen, die die Luftmoleküle ionisieren und zum Leuchten angeregen. Wir sehen dieses Leuchten dann als Polarlicht.

Quelle: http://home.arcor.de/klaus.lampen/entstehung.html

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