Das Polarlicht

1. Das Polarlicht Physik GFS von Klaus Lampen

2. Ursache des Polarlichts -Der Sonnenwind • kontinuierlicher Strom elektrisch geladener Teilchen, der von der Sonne ausgeht. Verhalten der geladenen Teilchen im Erdmagnetfeld • Paralleler Einfall: keine Ablenkung • Senkrechter Einfall: Lorentzkraft wirkt als Zentripetalkraft --> Elektronen werden vom Magnetfeld auf einer Kreisbahn „zurückgelenkt“ • Schräger Einfall: Es überlagern sich ungestört zwei Bewegungen. Senkrecht zum Magnetfeld eine Kreisbewegung und parallel zum Magnetfeld eine gleichförmige Bewegung --> Elektronen beschreiben eine schraubenlinienförmige Bahn um die Feldlinien

3. Inhomogenes Magnetfeld • Erdmagnetfeld der Erde ist inhomogen dessen Feldlinien zum Pol hin konvergieren --> Magnetfeld wird zum Pol hin stärker. Folge: Schraubendurchmesser und Ganghöhe werden bei Annäherung an die Erde immer kleiner • Radius r:Die Lorentzkraft bringt die für die Kreisbahn notwendige Zentripetalkraft auf:

4. Ganghöhe h:

6. Dritte Teilbewegung: Elektronen kehren kurz vor dem Pol um! Erklärung: Die Gesamtenergie der Elektronen bleibt im Magnetfeld erhalten. Die Elektronen umkreisen nun im konstanten Abstand zum Pol die magnetischen Feldlinien.

7. Die am Nordpol nach rechts außen gerichtete Komponente verursacht an jeder Stelle dieser Kreisbahn eine zusätzliche Lorentzkraft vom Pol weg. • Die Elektronen machen kehrt und drehen kurz vor dem Pol um. Sie wandern nun auf der selben magn. Feldlinie zurück und winden sich zum Südpol, wo ihnen wiederrum das Gleiche passiert.

8. Wie das Polarlicht entsteht • Geladenen Teilchen kollidieren in der Atmosphäre mit Stickstoff- und Sauerstoffatomen. • Bei Zusammenstoß wird Energie frei --> Atome werden zum Leuchten angeregt --> Polarlicht

9. Polarlicht über Deutschland • Polarlicht tritt nur selten in mitteleuropäischen Breiten auf. • Bei sehr starker Sonnenaktivität kommt es zu heftigen Explosionen auf der Sonne, die zusätzliche und noch schnellere geladene Teilchen als Sonnenwind entweichen lassen.. Für den Radius der Schraubenbahnen gilt wie oben hergeleitet: • • Wegen der extrem hohen Geschwindigkeit vergrößert sich der Radius der Kreisbahn und damit bei • schrägem Einfall der Radius der Schraubenbahnen. • geladene Teilchen erreichen auch Feldlinien, die in gemäßigten Breiten z.B. über Deutschland enden.

10. Sonnenflecken und Sonnensturm - Folgen auf der Erde • .Aufall von Satelliten, Störung von Kommunikationsverbindungen und Navigationssystemen, Korossionsschäden an Pipelines, erhöhter Ausschuss bei der Chip-Herstellung, Zusammenbruch ganzer Stromversorgungsnetze. • Grund: Das sich ständig ändernde Magnetfeld des Teilchenstroms induziert in jedem elektrisch leitfähigen Körper weitere Stromflüsse, sodass diese durch Überlastung ausfallen können. Folgen für das Klima: eine aktivere Sonne gibt mehr Sonnenstrahlung ab. Es wird als direkte Auswirkung wärmer. Indirekter Effekt: Die kosmische Strahlung ist eine hochenergetische Strahlung, die aus allen Richtungen des Alls kommt. Das Magnetfeld der Erde und das des Sonnenwind schützen uns vor dieser gefährlichen Strahlung. Die kosmische Strahlung ist für die Wolkenbildung in der Atmosphäre verantwortlich. Der Sonnenwind lenkt die Strahlung ab. Je aktiver die Sonne also ist, desto weniger kosmische Strahlung dringt in die Atmosphäre ein. Es werden weniger Wolken gebildet, die die Hitze der Sonne abschirmen könnten. Die Erdtemperatur erhöht sich. Eine stärkere Sonnenaktivität erhöht also die Erdtemperatur ! Heute weiß man, dass dieser indirekte Faktor die Erdtemperatur nur um wenige Zehntel Grad erhöht hat. Der Mensch und die Treibhausgase sind für die Erwärmung der letzten 5 Jahre verantwortlich.

11. Korellation Sonnenflecken-Erdtemperatur