Polarlicht mit bloßem Auge sehen

Auf Fotos leuchtet Polarlicht in sattem Grün und Magenta, vor Ort dagegen angeblich nur als grauer Schleier, den erst die Kamera zum Farbspektakel macht. Diese Annahme ist halb richtig und hält sich deshalb so zäh. Mit bloßem Auge ist Polarlicht zu sehen, ohne jede Technik und ohne Fernglas. Schwächer fällt nur die Farbe aus, als es Bilder versprechen, und ein mattes Leuchten tief am Nordhorizont wird leicht für Dunst oder den Schein einer Stadt gehalten. Bei kräftigen Ereignissen zeigen sich Grün, Rosa und ein Rotviolett dagegen ohne Weiteres mit freiem Auge, in Nordnorwegen oder auf Island geschieht das in vielen Nächten.

Der Unterschied zwischen Auge und Kamera hat mit Bildbearbeitung wenig zu tun. Er liegt in der Netzhaut: Bei so wenig Licht arbeiten fast nur die Stäbchen, und die kennen keine Farben. Wie viel mehr Licht ein Sensor pro Aufnahme einsammelt als das Auge in einem Augenblick, lässt sich ausrechnen, und die Zahl fällt größer aus, als die meisten vermuten. Dass der helle Tageshimmel jedes Leuchten verschluckt, ist eine andere Geschichte und steht im Beitrag über Polarlicht am Tag. Hier geht es um die dunkle Nacht, in der das Leuchten eigentlich gewinnen müsste und trotzdem häufig blass wirkt.

Woher der Eindruck vom grauen Schleier stammt

Lange gab es zwei Sorten von Polarlichtbildern: Zeichnungen und Filmaufnahmen mit minutenlanger Belichtung. Beides zeigte mehr, als ein Beobachter in der Nacht wahrnahm. Seit Kameras ab etwa 2010 bei ISO 3200 brauchbare Bilder lieferten und Smartphones um 2018 und 2019 ihre Nachtmodi bekamen, kann jeder in Sekunden ein Bild erzeugen, das dem Auge weit überlegen ist. Neben dem Display stehend und zum Himmel schauend, erlebt man den Vergleich unmittelbar: Auf dem Bildschirm Neongrün, am Himmel ein milchiges Band. Dazu kommt, dass die meisten Beobachter in Mitteleuropa nur die schwache Variante erleben. Hier steht das Leuchten niedrig im Norden, weil sich der Auroraring weit nördlich befindet, und zeigt sich als flache, formlose Aufhellung ohne Strahlen. Rot stammt dabei aus Höhen von 200 bis über 300 Kilometern, wo die Atome ihre Energie mit einer Verzögerung von rund 110 Sekunden abgeben. Es breitet sich als diffuser Schimmer über dem Grün aus, ohne Kanten und ohne Bewegung. Genau das übersieht ein ungeübtes Auge, auch weil es nach dem Blick aufs Telefon noch gar nicht an die Dunkelheit angepasst ist. Die Annahme vom grauen Schleier beschreibt also eine häufige Beobachtungssituation, nicht die Grenze dessen, was das Auge leisten kann.

Was Stäbchen und Zapfen bei 557,7 und 630 Nanometern leisten

Die Netzhaut enthält rund 120 Millionen Stäbchen und nur etwa 6 Millionen Zapfen. Unter der Schwelle von etwa einem Tausendstel Candela je Quadratmeter reagieren ausschließlich die Stäbchen, darüber beginnen die Zapfen mitzureden, und erst dann entsteht Farbe. Die grüne Hauptlinie des Polarlichts liegt bei 557,7 Nanometern. Dort erreichen die Stäbchen noch rund 36 Prozent ihrer Spitzenempfindlichkeit, die bei 507 Nanometern liegt. Die rote Linie bei 630 Nanometern kommt auf nur etwa 0,3 Prozent. Bei gleicher Photonenzahl wirkt Rot für die Stäbchen deshalb mehr als hundertmal dunkler als Grün, und die Rechnung 36 geteilt durch 0,3 ergibt tatsächlich einen Faktor von etwa 110.

Die Kamera hat dieses Problem nicht. Das Auge sammelt Licht über rund 0,1 Sekunden, eine Aufnahme mit 10 Sekunden Belichtung über das Hundertfache.

Bei einer Pupille von 7 Millimetern und einer Brennweite von etwa 17 Millimetern arbeitet das Auge bei Blende 2,4, ein Objektiv mit Blende 2,8 fängt davon pro Fläche immer noch drei Viertel ein. Zusammen sammelt der Sensor pro Bildpunkt rund 75 Mal so viele Photonen wie die Netzhaut je Wahrnehmung, noch bevor eine Verstärkung dazukommt. Ein Foto bei ISO 3200 und 10 Sekunden zeigt daher Rot und Grün in Farben, die das Auge nur ahnt.

Ein Test für die nächste wolkenfreie Nacht

Ob das eigene Auge mehr leistet als vermutet, lässt sich in einer einzigen Nacht prüfen. Zuerst zählt die Dunkelheit: Die Zapfen stellen sich in etwa 10 Minuten auf wenig Licht ein, die Stäbchen brauchen 30 bis 40 Minuten und gewinnen dabei um mehrere Größenordnungen an Empfindlichkeit. Die Pupille trägt nur einen Faktor von rund 12 bei, wenn sie von 2 auf 7 Millimeter aufgeht, denn ihre Fläche wächst mit dem Quadrat des Durchmessers. Schon ein kurzer Blick aufs Telefon wirft einen Teil dieser Anpassung um Minuten zurück, weil das helle Display die Sehfarbstoffe in den Stäbchen ausbleicht, und eine Stirnlampe mit rotem Licht stört kaum, weil die Stäbchen für Rot fast blind sind. Der Ablauf in der Praxis:

1. 30 Minuten ohne Display und ohne weißes Licht draußen verbringen, am besten mit freiem Blick nach Norden.
2. Den Himmel nicht an der vermuteten Stelle fixieren, sondern 10 bis 20 Grad daneben schauen.
3. Ein Foto mit kurzer Belichtung von 2 bis 3 Sekunden aufnehmen und die Form mit dem Eindruck am Himmel vergleichen.
4. Nach fünf Minuten wiederholen und prüfen, ob sich die Aufhellung bewegt hat.

Hintergrund zum Blick daneben: In der Mitte der Netzhaut, auf etwa einem Grad Durchmesser, sitzen gar keine Stäbchen, und ihre größte Dichte erreichen sie mit rund 150.000 je Quadratmillimeter etwa 20 Grad daneben. Schwache Strukturen erscheinen dort auf einmal deutlich heller. Wandert die Aufhellung innerhalb weniger Minuten, handelt es sich um Polarlicht, Wolken ziehen dagegen gleichmäßig in eine Richtung und verdecken Sterne.

Wo die Annahme trotzdem recht behält

Ein Kern Wahrheit bleibt: Die Kamera zeigt Farbe, wo das Auge nur Helligkeit meldet. Bei schwachem Polarlicht sieht das Auge ein weißliches Grün, das erst auf dem Foto sattgrün wird. Rot taucht selbst auf Bildern nur bei Belichtungen auf, die das Auge nie erreicht, und mit freiem Auge ist es praktisch nur bei sehr kräftigen Ereignissen zu erkennen, bei denen die Helligkeit in den Bereich rutscht, in dem die Zapfen mitarbeiten. Im Mai 2024 war das über ganz Deutschland der Fall, als sich ein rosafarbener Schimmer weit über den Himmel zog. Für die Planung einer Beobachtung ergibt sich daraus eine nüchterne Erwartung, die sich an der Stärke des Ereignisses festmachen lässt:

• Schwaches Leuchten: weißlichgrüner Schleier am Horizont, Struktur erst bei Randsicht.
• Mittelstarkes Leuchten: grüne Bögen und Bänder, zarte Bewegung, Rosa am oberen Rand angedeutet.
• Starkes Leuchten: Strahlen, Wellen und Draperien, Grün, Rosa und Rotviolett mit bloßem Auge erkennbar.

Jede Stufe wirkt auf dem Foto kräftiger, als das Auge sie erlebt, und genau diese Lücke erzeugt die Enttäuschung vor Ort. Die Lücke schrumpft mit jeder Minute Dunkelanpassung und mit jedem Grad Abstand zu Straßenlampen. Ein freier Nordhorizont, weit weg vom Stadtlicht, und etwas Geduld lassen in einer starken Nacht mehr erkennen, als jede Anleitung vorab verspricht. Die Farben vom Bildschirm gegen das Gesehene zu halten, statt ihnen blind zu trauen, gehört dann zum Reiz der Sache.