Polarlicht - Polarlichter - Nordlichter - Aurora Borealis - Polarlichter in Deuschland - 13.03.1989 - 14.03.1989 - Geomagnetischer Sturm

Polarlichter - Aurora Borealis

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POLARLICHT AM 13./14.03.1989

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Das Geschehen auf der Sonne

Die solare Ursache der Ereignisse vom 13./14.03.1989 war eine langlebige Fleckengruppe auf der nördlichen Sonnenhemisphäre (detaillierte Beschreibung in Joshi 1989). Jene erschien als AR 5354 erstmals am 04.02.1989 am Ostrand der Sonne, produzierte noch am gleichen Tag eine Röntgenflare der Kategorie X 1.5 und wanderte bis zum 18.02.1989 über die Sonnenscheibe. Als sie am 06.03.1989 - nun als AR 5395 bezeichnet - wieder auftauchte, hatte sie sich gewaltig vergrößert und eine magnetische Delta-Konfiguration angenommen. Während ihres bis zum 19.03.1989 andauernden Transits über die Sonne produzierte sie 106 Flares - 47 der Kategorie C, 48 der Kategorie M und 11 der Kategorie X. Damit war sie eine der drei flareaktivsten Fleckengruppen im Zeitraum von 1976 bis heute. Herausragend war ein Flare der Kategorie X 15.0, welcher zu den stärksten jemals registrierten gehörte (s. auch Wittmann et al. 1989 sowie Wand et al. 1991). Ihre größte Ausdehnung erreichte AR 5395 am 16.03.1989, als sie 3.6% der sichtbaren Sonnenoberfläche bedeckte. Damit war sie die drittgrößten Fleckengruppe im Zeitraum von 1874 bis heute.
Die gleiche Gruppe erschien am 04.04.1989 mit stark reduzierter Größe als AR 5441 noch einmal am Ostrand der Sonne. Während ihres erneuten Transits über die Sonnenscheibe löste sie sich weitgehend auf, brachte aber am 09.04.1989 noch einmal einen Röntgenflare der Kategorie X 3.5 hervor.

Entwicklung der Sonnenfleckengruppe AR 5354/5395/5441
Entwicklung der Sonnenfleckengruppe AR 5354/5395/5441. Quelle: Joshi (1989).
Röntgenflares aus AR 5395
Röntgenflares aus AR 5395. Quelle: Joshi (1989).

Trigger des geomagnetischen Sturms vom 13./14.03.1989 waren zwei nacheinander (13.03.1989, 01:28 UT und 07:47 UT) bei der Erde eintreffende Schockfronten, welche zwei unterschiedlichen CMEs entsprachen. Als Quelle der ersten wurde bereits 1990 durch Cliver et al. der langandauernde X 4.5-Flare vom 10.03.1989, 18:48 - 21:58 UT, auf N31/E22 ausgemacht. Erst 25 Jahre später konnten Nagatsuma et al. (2015) mit einem komplizierten methodischen Ansatz als wahrscheinlichen Auslöser der zweiten CME den M 7.3-Flare vom 12.03.1989, 00:16 - 00:43 UT, auf N28/E09 identifizieren. Letztere ereignete sich also deutlich näher des Zentralmeridians der Sonne, was die raschere Laufzeit der zugehörigen CME zumindest teilweise erklären könnte.

Verlauf des geomagnetischen Sturms am 13./14.03.1989

Die erste der beiden oben erwähnten CMEs erreichte die Erde am 13.03.1989 um 01:28 UT mit einer Geschwindigkeit von etwa 550 km/s und löste eine geomagnetischen Sturm aus (Kp=6o, später 8-). Erst mit dem Eintreffen der zweiten, schnelleren (um 960 km/s) CME um 07:47 UT setzte der geomagnetische "Supersturm" ein. Entscheidend war neben der hohen Geschwindigkeit, dass die Bz-Komponente des Interplanetaren Magnetfeldes (IMF) bei Eintreffen des Schockimpulses mit etwa -50 nT nach Süden gerichtet war (Nagatsuma et al. 2015, auch Balan et al. 2014). Der DST-Index sank in der Folge auf den tiefsten jemals gemessenen Wert von -589 nT. In historischer Zeit gab es mit dem Carrington-Event von 1859 nur einen intensiveren geomagnetischen Sturm, dessen DST-Wert allerdings nur indirekt abgeleitet werden konnte. Balan et al. (2016) haben eine neuen Parameter DSTmp eingeführt, dessen Wert direkt mit der Stärke eines geomagnetischen Sturms und dessen dadurch verursachten Folgen korrespondiert. Auch hier steht das Event vom 13./14.03.1989 an zweiter Stelle nach dem Carrington-Event und vor 3 weiteren Ereignissen, welche Schäden in erdgebundenen elektrischen Einrichtungen nach sich zogen.
Der geomagnetische Sturms Mitte März 1989 dauerte rund 60 Stunden an, bevor der Kp-Wert am Mittag des 15.03.1989 wieder unter den Wert 5 sank. Die höchste Intensität, bei der mit dem Wert 9o das Maximum der Kp-Skala erreicht wurde, wurde in zwei aufeinanderfolgenden Dreistunden-Perioden zwischen dem 13.03.1989, 21 Uhr UT und dem 14.03.1989, 03 UT erreicht.

Kp-Werte vom 13. - 15.03.1989
Kp-Werte vom 12. - 16.03.1989. Quelle: Michael Theusner

Die bekannteste Folge dieses Sturms war ein 9stündiger Stromausfall in Quebec (daher wird dieser Sturm gelegentlich auch als "Quebec-Event" bezeichnet), welcher am 13.03.1989 um 07:44 UT (02:44 Ortszeit) einsetzte - also zeitgleich mit der Ankunft der zweiten CME. Durch die starken ionosphärischen Störungen wurden Überspannungen in Hochleitungskabeln induziert. Der daraus resultierende Ausfall eines Generators führte in einer Kaskade von Folgereignissen binnen 92 Sekunden zu dem großen Blackout, von dem etwa 6 Millionen Menschen betroffen waren.

Störungen kleineren Ausmaßes traten auch im schwedischen Stromnetz auf Stauning (2002).
Weitere Auswirkungen des Sturms waren (Allen 1989, Sten Odenwald):
- Magnetopause-Durchgang der GOES-Satelliten und anderer geostationärer Satelliten
- Funktionsstörungen diverser Satelliten in hohen und niedrigen Umlaufbahnen
- Funk- und Radiostörungen
- Automatische Gragentüren in kalifornien öffneten und schlossen sich selbständig
- Computerchip-Produktionen im Nordosten der USA mussten auf Grund der magnetischen Störungen unterbrochen werden
- Ein plötzliches Nachlassen der kosmischen Strahlung (Forbush-Event)

Datenplots zum geomagnetischen Sturm am 13./14.03.1989
Datenplots zum geomagnetischen Sturm am 13./14.03.1989.
1. Plot: Flux der solaren Röntgenstrahlung. Die beiden Flares, welche erdgerichtete CMEs hervorbrachten, sind durch Pfeile markiert.
2. Plot: Flux relativistischer Protonen. Das Maximum wird bei Ankunft der zweiten CME (Pfeil) erreicht.
3. Plot: Flux sekundärer Neutronen aus der kosmischen Strahlung. Das Forbush-Event setzt bei Ankunft der zweiten CME ein (Pfeil).
4. Plot: Magnetfeldschwankungen im Bereich der geostationären Umlaufbahn. Die Unruhe setzt mit Ankunft der ersten CME ein und verstärkt sich bei Ankunft der zweiten deutlich. Die stärksten Ausschläge werden am späten Abend des 13.03.1989 erreicht - etwa zeitgleich mit dem Maximum der Polarlicht-Aktivität über Europa.
Quelle: NOAA.

In erster Linie sind die Ereignisse vom 13./14.03.1989 sicherlich wegen des großen Stromausfalls in Quebec in Erinnerung geblieben. Doch der geomagnetische Sturm sorgte auch für eine massive Intensivierung und Südverlagerung des Aurora-Ovals. Polarlichter wurden in Europa (Foto aus den Niederlanden) bis nach Frankreich (Jodogne et al. 1989, Roth 1989) und ins Mittelmeergebiet (Spanien, Portugal) beobachtet, in Amerika (Fotos aus New York) bis Florida und Honduras und in Australien bis zum Wendekreis des Steinbocks.

Maximale Ausdehnung der Aurora-Ovale am 13./14.03.1989
Maximale Ausdehnung der Aurora-Ovale am 13./14.03.1989 nach Beobachtungsberichten. Quelle: Jodogne et al. (1989).

Das Wetter in Deutschland

Satellitenbilder (s.u.) zeigen, dass es in der Nacht 13./14.03.1989 vor allem in der Nordwesthälfte Deutschlands große wolkenfreie Gebiete gab.

Bewölkung am 13.03.1989 um 22 Uhr MEZ Bewölkung am 14.03.1989 um 01 Uhr MEZ Bewölkung am 14.03.1989 um 04 Uhr MEZ

Bewölkung über Mitteleuropa am 13.03.1989 um 22 Uhr MEZ sowie am 14.03.1989 um 01 und 04 Uhr MEZ.
Klicken Sie bitte auf die Karten, um vergrößerte Ansichten in einem separaten Fenster zu öffnen.
Quelle: ISCCP-B1 Daten nach Knapp, K. R. (2008): Scientific data stewardship of International Satellite Cloud Climatology Project B1 global geostationary observations. Journal of Applied Remote Sensing, 2, 023548 (doi:10.1117/1.3043461).

Beobachtungen des Polarlichts in Deutschland

Angesichts der Wetterverhältnisse (s.o.) ist anzunehmen, dass zahlreiche Menschen in Mitteleuropa Augenzeugen des Schauspiels wurden, zumal mindestens ein Radiosender (WDR) darauf hinwies, als die Aurora noch zu sehen war. Doch anders als bei den hellen Polarlichtern im Herbst des gleichen Jahres sendeten nur wenige Amateurastronomen Berichte und Fotos an die einschlägigen Zeitschriften. Zusammen mit zwei erst lange nach dem Ereignis erfolgten Veröffentlichungen im Internet sind lediglich 6 Beobachtungen aus verschiedenen Regionen Deutschlands bekannt geworden; und alle erfolgten ganz offensichtlich zufällig. Der Höhepunkt des Polarlicht-Aktivität wurde mit einer großen Formenvielfalt und Helligkeit gemäß nachstehenden Beichten etwa zwischen 23:00 und 23:Ö45 MEZ erreicht.

Christoph Gerber beobachtete das Polarlicht am 13.03.89 zwischen etwa 22 und 23 MEZ in Heidelberg - ohne die geringste Ahnung zu haben, was er da sah. Dies wurde ihm erst durch einen Bericht in der Tagesschau am kommenden Abend (14.03.89) klar. Gerber beobachtete einen "hellen Schein" hinter Wolken sowie 3 bis zum Zenit reichende Beamer, welche Kondensstreifen ähnelten (Link zum Bericht).

A.J. Leue befand sich auf einer Fahrt von Bremen in das etwa 45 km weiter nördlich gelegene Hambergen, als er das Polarlicht gegen 22:15 MEZ erstmals bemerkte. Seine Beobachtung erstreckte sich bis etwa 1 MEZ. Im Einzelnen berichtet er in Demuth et al. (1989):
Ca. 22:15 schwache, grüngelbliche diffuse wolkenartige Flächen (Typ S) am Osthimmel
22:30 einzelne grünlich-graue Bänder im Zenit.
22:45-23:00 starke wellenartig zusammenhängende grünfarbene Bänder (Typ HB) am Nordhimmel bis zum Zenit. Danach erste rote und silberfarbene Strahlen (Typ R) am West- und Osthimmel.
23:30 rote Bänder am Osthimmel und starkes rotes Leuchten bis zum Zenit. Einzelne kurzzeitig aufleuchtende Strahlen in Nord-Südrichtung. Örtlich begrenzte "Wolken" mit Strukturen grün und rot im Süden und Südosten.
Ab 23:45 gleichmäßig stark grünliche Aufhellung des gesamten Nordhimmels. Gegen 0:30 nachlassend.

Axel D. Wittmann & Hermann Schreiber beobachteten die Aurora in Rosdorf bei Göttingen zwischen 22:57 und 23:40 MEZ. Vorher und nachher war sie offenbar von diesem Standort aus nicht sichtbar. Die sehr ausführliche Beschreibung in Wittmann et al. (1989) geben wir hier in Auszügen wieder:
Weite Teile der südlichen Himmelshälfte leuchteten diffus rot ... Diese Rotfärbung - durch die die helleren Sterne gut sichtbar waren - erstreckte sich vom Westen bis zum Zenit und herab bis zum Südöstlichen Horizont. Zusätzlich zu dem fast permanenten Rot traten ... kleinere, diffus grünlich leuchtende Gebiete wie Inseln hervor ... Die Dauer des Aufleuchtens der grünen, flächenhaften Bereiche betrug typisch etwa 15-30 Sekunden.
Zusätzlich leuchteten ... immer wieder einzelne Strahlen von etwa 5-10° Länge und etwa 0°.3 Dicke (sogenannte "rays") auf. Diese erinnerten an Flakscheinwerfer, leuchteten in weißlich-gelbem Licht und blieben jeweils nur etwa 3-10 Sekunden sichtbar ... Es wurde auch ein Paar eng benachbarter, genau parallel zueinander verlaufender Strahlen beobachtet.

Gleich 4 Beobachter (Ewald Demuth, Otto Klein, Dirk Martinek & Elke Worff) wurden in Dinslaken Zeugen des Geschehens. Aufgrund der Zeitangaben zu den in Demuth et al. (1989) abgedruckten Fotos muss die Beobachtungszeit sich mindestens von 23:45 bis 00:25 MEZ erstreckt haben. Auch hier geben wir die Beschreibungen in Auszügen wieder:
Wabernde und pulsierende Lichtvorhänge leuchteten zu Beginn rötlich, dann grünlich. Sie breiteten sich vom Horizont zum Zenit hin aus.
Parallel verlaufende Lichtnadeln flammten intensiv rot auf, um ebenso schnell wieder zu erlöschen.
Lichtknoten durchwanderten die Nadeln, eienm Lauflicht ähnlich, von oben nach unten, sowohl in grüner als auch in roter Farbe.
Rotleuchtende Strahlenvorhänge im Osten und Westen waren durch eine grünleuchtende Lichtbrücke im Norden verbunden ...
Lichtflecken von 30 bis 40 Grad Durchmesser bewegten sich amöbenartig und bildeten Fortsätze, welche einen Bogen von 180° über den Himmel spannten ...
Die Leuchterscheinungen waren bisweilen so hell, daß die hellsten Sterne nicht mehr sichtbar waren.

Gegen Mitternacht meldete WDR 2-Radio "Polarlichter im Nördlichen Müsterland und in der Nähe von Bergisch-Gladbach". Karl Oberem hörte diese Nachricht in Aachen und begab sich sofort auf den stadtnahen Lousberg. Dort erlebte er zwischen 00:25 und 01:10 MEZ die - gemäß den vorhergenden Berichten - um diese Zeit bereits abflauende Polarlicht-Aktivität (Oberem 1989):
Das Polarlicht erstreckte sich als recht hell leuchtendes, etwa 20 Grad breites Band vom Osthorizont bis zum Zenit ...
Zwischen 0:35 und 0:40 MEZ kam es zu drei nur einige Sekunden dauernden Erscheinungen. In unmittelbarer Nähe von Arcturus flammten etwa 20 bis 25 Grad lange und 2 bis 3 Grad breite grünliche Streifen mit wesentlich höherer Leuchtdichte als das "große Band" auf ...
Die Pracht und Vielfalt von Polarlichterscheinungen, wie man sie zum Beispiel von Nordskandinavien aus häufig sehen kann, wurde aber nicht auch nur annähernd erreicht.

Eine weitere Beobachtung dieses Polarlichts stammt von Joachim Schiermayer. Ort ("Niederrhein") und Zeit ("März 1989") sind nur vage angegeben - aber es handelt sich hierbei um die einzigen im Internet verfügaren Fotos des Polarlichts vom 13./14.03.1989. Da die 7 Bilder für nichtkommerzielle Nutzung frei gegeben sind, geben wir sie nachstehend wieder.

Polarlicht Niederrhein Polarlicht Niederrhein Polarlicht Niederrhein Polarlicht Niederrhein Polarlicht Niederrhein Polarlicht Niederrhein Polarlicht Niederrhein

Polarlichter am Niederrhein im März 1989, aufgenommen von Joachim Schiemayer.

Christoph Gerber: Polarlicht am 13.03.1989, 23 Uhr MEZ (in Heidelberg)

Sten Odenwald: The Day the Sun Brought Darkness

Sten Odenwald: A Conflagration of Storms

Tim Printy: March 13, 1989 - The sky is on fire!

Joe Rao: 25 Years Ago - Amazing Auroras from 1989's Great Solar Storm

Joachim Schiermeyer: Polarlichter am Niederrhein im März 1989

Ken Spencer: Aurora of March 13, 1989, from Sea Cliff, NY

Casper ter Kuile: De Bilt 13 March 1989 23:15

Wikipedia: March 1989 geomagnetic storm

Literaturangaben zum Polarlicht am 13./14.03.1989

Allen, J.H. (1989): Solar and geomagnetic activity during March 1989 and later months and their consequences at Earth and in Near-Earth space. Spacecraft Charging Technology Conference Naval Postgraduate School, Monterey, California October 31-November 3, 1989. (Download des Artikels als pdf, 1.2 mb)

Balan, N.; Batista, I.S.; Tulasi Ram, S. & Rajesh, P.K.. (2016): A new parameter of geomagnetic storms for the severity of space weather. Geoscience Letters 20163:3. (Download des Artikels als pdf, 2.5 mb)

Balan, N.; Skoug, R.; Tulasi Ram, S.; Rajesh, P.K.; Shiokawa, K.; Otsuka, Y.; Batista, I.S.; Ebihara, Y. & Nakamura,T. (2014): CME front and severe space weather. Journal of Geophysical Research 119 (12), 10041-10058. (Download des Artikels als pdf, 1.5 mb)

Cliver, E.W.; Feynman, J. & Garrett, H.B. (1989): An estimate of the maximum speed of the solar wind, 1938-1989. Journal of Geophysical Research 95, 17103-17112.

Demuth, Ewald; Klein, Otto; Martinek, Dirk; Worff, Elke & Leue, A.J. (1989): Die Polarlichter am 13. März 1989. Sterne und Weltraum 1989/6, 359-361.

Jodogne, J.C.; Rasson, J.; Gonze, C. & Gonze, R. (1989): L'aurore boréale du 13 mars 1989. Ciel et Terre 105, 69-74. (Download des Artikels als pdf, 3.2 mb)

Joshi, Anita (1993): Superactive Region AR 5395 of Solar Cycle 22. Solar Physics 147 (2), 269-285. (Download des Artikels als pdf, 316 kb)

Nagatsuma, Tsutomu; Kataoka, Ryuho & Kunitake, Manabu (2015): Estimating the solar wind conditions during an extreme geomagnetic storm - a case study of the event that occurred on March 13–14, 1989. Earth, Planets and Space (2015) 67, 78. (Download des Artikels als pdf, 1.8 mb)

Oberem, Karl (1989): Beobachtung eines Polarlichts in Aachen. Sonne 50, 42. (Download des gesamten Heftes als pdf, 6.1 mb)

Roth, M. (1989): Une aurore dans notre ciel le 13 mars 1989. Ciel et Terre 105, 31-37. (Download des Artikels als pdf, 1.2 mb)

Stauning, Peter (2002): High-voltage power grid disturbances during geomagnetic storms. Proceedings of the Second Solar Cycle and Space Weather Euroconference, 24 - 29 September 2001, Vico Equense, Italy, 521 - 524. (Download des Artikels als pdf, 621 kb)

Wang, Haimin; Tang, Frances; Zirin, Harold & Ai, Guoxiang (1991): Motions, fields, and flares in the 1989 March active region. Astrophysical Journal, Part 1, vol. 380, 282-286. (Download des Artikels als pdf, 11.8 mb)

Wittmann, Axel D.; Schreiber, Hermann; Casas, Ricard; Wöhl, Hubertus; Brandt, Peter N. & Vázquez, Manuel (1989b): Sonnenflecken und Polarlichter im März 1989. Sterne und Weltraum 1989/6, 354-358.