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Wann, wo und mit welcher Intensität ist das Auftreten von Polarlichtern wahrscheinlich? Ein internationales Forschungsteam um Dr. Huiting Feng, Dr. Dedong Wang und Prof. Yuri Shprits vom GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung hat ein Modell für die Echtzeit-Vorhersage von Polarlichtern entwickelt, das potenzielle Aurora-Ovale in Echtzeit und bis zu drei Tage im Voraus berechnen kann. Die Studie dazu wurde im Fachmagazin im Journal of Geophysical Research: Machine Learning and Computation veröffentlicht. Eine entsprechende Applikation ist auf der Weltraumwetter-Website des GFZ verfügbar.
Hintergrund Polarlichter
Auroras, auch bekannt als Nord- oder Polarlichter, gehören zu den atemberaubendsten Naturschauspielen. Immer wieder sind sie in den vergangenen Monaten auch in unseren Breiten, weit ab von den Polarregionen zu sehen. Ursache hierfür sind starke Sonnenstürme, die im elfjährigen Zyklus der Sonnenaktivität zurzeit häufiger auftreten. Die leuchtenden Schleier aus grünem, rotem und violettem Licht entstehen am Himmel, wenn energiereiche Teilchen, die von der Sonne ins Weltall geschleudert werden, in einem komplexen Wechselspiel mit dem Erdmagnetfeld in die Erdatmosphäre eintreten und dort Sauerstoff- oder Stickstoff-Moleküle zum Aussenden von Licht anregen. Die Polarlichter treten vor allem in ovalen Regionen auf, die sich um die geomagnetischen Pole herum befinden und als Polarlichtovale bezeichnet werden. Die Position und Größe der Polarlichtovale werden von der geomagnetischen Aktivität beeinflusst, der Variation des schützenden Erdmagnetfeldes.
„Das Beobachten von Polarlichtern ist nicht nur ein magisches Erlebnis. Es zeigt auch die starke Verbindung zwischen der Sonne und unserem Planeten, die über Wärme und Licht hinausgeht: Polarlichter sind ein hervorragender Indikator für die Überwachung und Vorhersage von „Weltraumwettereffekten“, also für das Wirken von Teilchenströmen und elektromagnetischen Feldern im erdnahen Weltraum. Sie können Satelliten stören, Navigations- und Kommunikationssysteme beeinträchtigen und sogar Stromnetze auf der Erde beeinflussen“, erläutert Dedong Wang, Arbeitsgruppenleiter in der GFZ-Sektion „Weltraumphysik und Weltraumwetter“ und korrespondierender Autor der Studie.
Vorhersage von Polarlichtern
Zur Vorhersage der Aurora-Aktivität haben Forschende des GFZ Helmholtz-Zentrums für Geoforschung um Huiting Feng, Dedong Wang und Yuri Shprits ein Echtzeit-Modell entwickelt. Es wendet Methoden des maschinellen Lernens an und kombiniert zwei wichtige Messgrößen: Zum einen den Kp-Index, ein Standardmaß für die globale geomagnetische Aktivität, das ursprünglich vom GFZ vorgeschlagen wurde und nun auch vom GFZ vorhergesagt wird. Zum anderen Satellitenbeobachtungen des DMSP SSUSI (Special Sensor Ultraviolet Spectrographic Imager), der ultraviolette Bilder der Aurora aus dem Weltraum aufnimmt. Dieser Ansatz ermöglicht genauere Vorhersagen über die Lage und Intensität des Polarlichtovals.
Eine Echtzeitversion der Polarlichter-Vorhersage ist bereits auf der Weltraumwetter-Website des GFZ verfügbar. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden im Journal of Geophysical
Research: Machine Learning and Computation veröffentlicht.
Über die Autor:innen:
Erstautorin der Studie ist Dr. Huiting Feng. Die Forschung wurde während ihres einjährigen Aufenthalts am GFZ im Jahr 2023 als Gastdoktorandin unter der Betreuung von Prof. Yuri Shprits und Dr. Dedong Wang durchgeführt. Seit dem 1. Juni 2025 forscht sie wieder am GFZ mit Shprits und Wang in Sektion 1.5 „Weltraumphysik und Weltraumwetter“. Kürzlich wurde ihr dafür ein Alexander-von-Humboldt-Forschungsstipendium für Postdoktorand:innen verliehen, das von Prof. Yuri Shprits betreut wird. Shprits ist Leiter der Sektion und zugleich Professor an der Universität Potsdam.
Korrespondierender Autor der Studie ist Dr. Dedong Wang, der im Rahmen eines ERC Consolidator Grant-Projekts WIRE des Europäischen Forschungsrats (ERC) Wellen in der inneren Magnetosphäre und ihre Auswirkungen auf Elektronen im Strahlungsgürtel um die Erde erforscht.
Apropos Alexander von Humboldt und Weltraumwetter:
„Alexander von Humboldt war derjenige, der in einer frühen Arbeit den Begriff „geomagnetische Stürme” geprägt hat. Während seiner Studien über die systematische Messung geomagnetischer Kräfte beobachtete er 1806 kurz vor Weihnachten in Berlin eine Aurora – und deren Einfluss auf eine Magnetnadel“, sagt Dedong Wang.
Quellen hierzu:
Federhofer, Marie-Theres: „Magnetische Ungewitter“ und „Erd-Lichter“: Alexander von Humboldt und das Nordlicht, Zeitschrift für Germanistik, Number 2 / 2014, pp. 267-281(15), DOI: https://doi.org/10.3726/92142_267
Die vollständigste aller bisherigen Beobachtungen über den Einfluß des Nordlichts auf die Magnetnadel; angestellt von Herrn Alexander von Humboldt zu Berlin am 20sten Dec. 1806. In: Annalen der Physik 29 (1808), S. 425–429, Zitat S. 427.
Dr. Dedong Wang
Arbeitsgruppenleiter in Sektion 1.5 Weltraumphysik und Weltraumwetter
GFZ Helmholtz Zentrum für Geowissenschaften
Tel: +49 331 6264 1998
E-Mail: dedong.wang@gfz.de
Huiting Feng, Dedong Wang, Yuri Y. Shprits, et.al., A Kp-Driven Machine Learning Model Predicting the Ultraviolet Emission Auroral Oval, - Journal of Geophysical Research – Machine Learning and Computation, 2, 2, DOI: 10.1029/2024JH000543.
https://doi.org/10.1029/2024JH000543
https://www.gfz.de/weltraumwetter Infoseite Weltraumwetter im Pageflow-Stil
https://www.gfz.de/weltraumwetter-wissenschaft Wissenschaftliche Schwerpunktseite
https://spaceweather.gfz-potsdam.de/ Datenprodukte zur Weltraumwettervorhersage
https://media.gfz.de/gfz/wv/school/WK/Polarlichter.pdf Wissen Kompakt Polarlichter für Schüler:innen ab 14 J
https://www.instagram.com/reel/C501wzKtI_L/?utm_source=ig_web_copy_link&igsh... Wie entstehen Polarlichter Instagram-Beitrag
Screenshot der Aurora-Vorhersage im GFZ-Web
Source: GFZ
Copyright: GFZ
Criteria of this press release:
Business and commerce, Journalists, Scientists and scholars, Students, Teachers and pupils, all interested persons
Economics / business administration, Geosciences, Information technology, Physics / astronomy, Traffic / transport
transregional, national
Research results, Transfer of Science or Research
German
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