Wissenschaft kompakt

Die heiße Kugel



Unsere Atmosphäre zeigt sich in ihrem vertikalen Aufbau von vielen
verschiedenen Seiten. Im Thema des Tages vom 17.10.2025 haben wir
ihren schichtartigen Aufbau kennengelernt. Nachdem schon die
untersten drei Schichten in Themen des Tages etwas näher betrachtet
worden sind, setzen wir die Reihe heute mit der nächsten Schicht
fort: Der Thermosphäre. Es geht um extreme Temperaturen, Sonnenwinde
und Polarlichter.



Unsere Atmosphäre... eine Gasschicht, die unsere Erde vom Weltraum
trennt. Bei genauerer Betrachtung stellt sich heraus, dass sie einen
speziellen vertikalen Aufbau besitzt. Im Thema des Tages vom
17.10.2025 wurde schon ein kurzer Überblick über die atmosphärischen
Schichten gegeben. Dem Aufbau der Atmosphäre folgend, ist nun nach
Betrachtung der Tropo-, Strato- und Mesosphäre in einzelnen Themen
des Tages die Thermosphäre an der Reihe.
Die Thermosphäre befindet sich oberhalb der Mesopause und wird nach
oben hin durch die anschließende Thermopause begrenzt. Sie erstreckt
sich ausgehend von etwa 85 km Höhe bis etwa 600 km. Der Name dieser
Schicht leitet sich von den griechischen Worten "thermós" ? warm/heiß
und "sphaira" ? Kugel ab.
Der Name ist Programm! Grundlage für die Abgrenzung der Schichten ist
der vertikale Temperaturgradient. In der Thermosphäre ist dieser
durchweg positiv. Die Sonnenstrahlung im extrem ultravioletten
Spektrum (EUV) wird hier absorbiert. Das hat zur Folge, dass die
Temperatur rasch mit der Höhe ansteigt. Herrschen am Unterrand dieser
Schicht Temperaturen um -90 °C, so können es nur 30 km darüber schon
um die +100 °C sein. Zum Oberrand der Thermosphäre hin nähert sich
die Temperatur immer stärker einem oberen Grenzwert an. Stark
abhängig von der aktuellen Sonnenaktivität schwankt dieser zwischen
200 °C und 1200 °C!
Der Temperaturbegriff ist in diesen Höhen jedoch mit Vorsicht zu
gebrauchen. Durch die sehr dünne Luft entspricht sie nämlich nicht
mehr unserer gefühlten Temperatur, sondern leitet sich aus der
mittleren Bewegungsenergie der einzelnen Teilchen ab. Die
Internationale Raumstation ISS oder auch Space-Shuttles, die sich in
diesem Bereich aufhalten, verglühen darum nicht auf der Stelle.
Die Sonne spielt auf eine weitere Weise eine Rolle. Hin und wieder
werden große Mengen von geladenen Teilchen in Richtung der Erde
ausgestoßen - sogenannte Sonnenwinde. Das Magnetfeld der Erde lenkt
die Teilchen um und schützt uns Menschen. Besonders starke
Sonnenwinde verformen dieses Magnetfeld und führen (hauptsächlich) in
der Thermosphäre zu spektakulären Lichtphänomenen. Je nachdem in
welcher Höhe sie auftreten können sie grün, rot, rosa oder in
seltenen Fällen auch bläulich bewundert werden. Die Rede ist
natürlich von den Polarlichtern - auch Aurora borealis
(Nordhalbkugel) oder Aurora australis (Südhalbkugel) genannt.
Mit zunehmendem Abstand zur Erdoberfläche ist die Luft nicht überall
gleich zusammengesetzt, sondern die Atome "ordnen" sich mehr und mehr
nach ihrer Masse an. Das heißt, leichtere Atome sind in größerer Höhe
zu finden als schwerere. Abhängig davon, in welcher Höhe es durch die
Änderung des Magnetfeldes zu einer Anregung der vorhandenen Atome
kommt, wird somit bevorzugt eine Art von Atomen angeregt. Zumeist
sind es Sauerstoff- oder Stickstoffatome, die, sobald sie wieder in
den Grundzustand wechseln, Licht mit spezieller Wellenlänge erzeugen.
Grüne Polarlichter entstehen durch die Anregung von Sauerstoffatomen
in einem Höhenbereich um 120 km. Rote Polarlichter wiederum entstehen
durch angeregte Stickstoffatome in Höhen zwischen 240 und 320 km.
Wir haben nun etwas über die Thermosphäre erfahren. Diese Schicht ist
geprägt von extremen Temperaturen und fasziniert durch optische
Spektakel in Form der Polarlichter. Lassen wir den Blick noch weiter
hinauf wandern, so wartet noch die letzte atmosphärische Schicht
darauf, etwas genauer betrachtet zu werden. Aber das muss warten bis
es heißt: Die Außenkugel...


Dipl.-Met. Simon Trippler/M.Sc. Fabian Chow

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Offenbach, den 09.12.2025

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