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. 

Abb. 1: Foto von Polarlichtern. 

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… 

Abb. 2: Polarlicht im Mai 2024, aufgenommen auf dem Großen Feldberg im Taunus. 

M.Sc. Fabian Chow
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 09.12.2025
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