Die Aurora Borealis, allgemein als Nordlicht bekannt, ist am 11. Mai 2024 im Manning Park, British Columbia, Kanada, zu sehen (Bildnachweis: Andrew Chin/Getty Images)
Ein neu entwickeltes Instrument zeigt das Nordlicht der Erde oder die Aurora Borealis in einem schillernden Regenbogen von Farben.
An Bildern der Aurora Borealis oder Aurora Australias, den schillernden Lichterbändern, die über der nördlichen bzw. südlichen Hemisphäre unseres Planeten tanzen, herrscht kein Mangel. Sowohl Amateur- als auch Berufsastronomen fotografieren dieses schillernde Phänomen so gut wie jedes Mal, wenn es auftaucht.
Aber die hyperspektrale Bildgebung der Aurora ist eine ganz andere Sache.
Das japanische National Institute for Fusion Science (NIFS) hat die hochempfindliche Hyperspektralkamera (HySCAI) auf der optischen Plattform Kiruna Esrange Optical Platform Site (KEOPS) des schwedischen Raumfahrtzentrums in Kiruna, Schweden, installiert und die ersten Hyperspektralbilder des Polarlichts geliefert.
Ein hyperspektrales Bild ist ein zweidimensionales Bild, das nach Wellenlänge (oder Farbe) aufgeschlüsselt ist, was es den Forschern in diesem Fall ermöglicht, die Emission von Polarlichtern außergewöhnlich detailliert zu untersuchen. Genauer gesagt können sie die Energie der eintreffenden Elektronen messen, die das Polarlicht verursachen und den Nachthimmel in bestimmten Farben aufleuchten lassen. Andere Formen der Polarlichtbeobachtung sind nach Wellenlängen gefiltert, bieten aber keinen so umfassenden Überblick.
Mit HySCAI hoffen die Forscher, „wichtige Fragen zum Polarlicht zu klären, wie die Verteilung der ausfallenden Elektronen, ihre Beziehung zur Farbe des Polarlichts und den Mechanismus der Emission des Polarlichts“, heißt es in einer Presseerklärung.
Für die Entwicklung von HySCAI nutzten die NIFS-Forscher die Technologie, die für das Large Helical Device (LHD) entwickelt wurde, das größte supraleitende Plasmagerät der Welt, das sich in ihrem Labor in Toki, Gifu, Japan befindet. Beim Bau des LHD entwickelte das Team verschiedene Bildgebungssysteme zur Beobachtung des vom Plasma in einem Magnetfeld emittierten Lichts mit dem Ziel, den Energietransport sowie die Emission von Atomen und Molekülen zu untersuchen.
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Bilder der Beobachtung von Farbunterschieden in der Aurora Borealis mit Hilfe der modernen Ausrüstung. Hochenergetische Elektronen lassen das Polarlicht in niedrigeren Höhen leuchten und erzeugen ein violettes Licht. (Bildnachweis: National Institute for Fusion Science)
Auroras sind natürliche Lichtspiele, die durch geladene Teilchen von der Sonne, die im Sonnenwind enthalten sind, ausgelöst werden und in großen Höhen auf das Magnetfeld der Erde, die Magnetosphäre und die dünne Atmosphäre unseres Planeten treffen.
Diese Teilchen kollidieren mit Sauerstoff- und Stickstoffteilchen und regen sie an. Die Teilchen geben diese Energie dann in Form von Licht oder elektromagnetischer Strahlung ab, die je nach dem Molekül, das sie aussendet, in charakteristischen Wellenlängen leuchtet.
Das bedeutet, dass ein Hyperspektralbild des Nordlichts ein detailliertes Bild von der Zusammensetzung der Erdatmosphäre liefern kann.
Ein hyperspektrales Bild der Aurora Borealis zeigt die Emissionen verschiedener Elemente und Moleküle. (Bildnachweis: M. Yoshinuma, et al, Springer Open (2024))
NIFS hatte 2018 die Idee, diese Systeme für HySCAI zu adaptieren – die Entwicklung des Bildgebungssystems dauerte weitere fünf Jahre, und es wurde im Mai 2023 bei KEOPS installiert. HySCAI wurde im September 2023 in Betrieb genommen, und das Team hat seine Forschungen zu den Daten in der Zeitschrift Earth, Planets and Space veröffentlicht.
Mit HySCAI werden Wissenschaftler auf der ganzen Welt neue Erkenntnisse über die geheimnisvolle Aurora gewinnen können.
