Ob dunkle Gewitterwolken oder blauer Himmel, sanfter Lufthauch oder starker Wind: Beinahe das gesamte Wettergeschehen findet bis in einer Höhe von 15 Kilometern statt. Diese untere Schicht der Atmosphäre wird deshalb auch Wetterschicht genannt. Wissenschaftler sagen Troposphäre dazu. Etwa 90 Prozent der gesamten Luft und fast der ganze Wasserdampf der Erdatmosphäre sind in dieser Schicht enthalten. Je höher die Lage in der Troposphäre, desto kälter wird es: An ihrer Obergrenze herrschen eisige Temperaturen von bis zu minus 80 Grad Celsius.

In der Schicht darüber, der Stratosphäre, steigt die Temperatur plötzlich wieder an. In etwa 50 Kilometer Höhe erreicht das Thermometer sogar einen Wert um 0 Grad Celsius. Grund für diese Erwärmung ist die Ozonschicht, die innerhalb der Stratosphäre liegt. Diese wirkt wie eine Heizung: Sie nimmt die UV-Strahlung der Sonne auf und wandelt sie in Wärme um.

Über der Stratosphäre liegt in einer Höhe von 50 bis 80 Kilometern die Mesosphäre. Weil diese Schicht kein Ozon enthält, wird es wieder bitterkalt, bis zu minus 100 Grad Celsius. Damit ist die Mesosphäre die kälteste Schicht der Atmosphäre. Hier werden Staubteilchen und kleinere Gesteinsbrocken aus dem All aufgehalten, die sonst als Meteoriten auf die Erde stürzen würden. Diese Himmelskörper können wir manchmal nachts als Sternschnuppen am Himmel sehen.

Oberhalb der Mesosphäre wird die Luft immer dünner. Die Erdanziehung schwächt sich mit zunehmender Höhe ab und kann daher die Gasteilchen immer weniger festhalten. So bildet die Thermosphäre über Hunderte von Kilometern einen fließenden Übergang ins Weltall. Ihren Namen hat die Thermosphäre von den hohen Temperaturen, die hier herrschen: Sie steigen bis zu 1700 Grad an. Heiß ist es nach unserer Vorstellung allerdings nicht, denn für das Gefühl von Hitze schwirren zu wenige Gase umher.

Ohne die Atmosphäre gäbe es auf diesem Planeten kein Leben, denn Pflanzen, Tiere und Menschen benötigen Luft zum Atmen. Sie schützt uns vor der Kälte und vor schädlicher Strahlung aus dem Weltall. Außerdem lässt sie Meteoriten verglühen, bevor sie auf der Erdoberfläche einschlagen können. Diese Lufthülle ist für uns lebenswichtig – aber woraus besteht sie eigentlich?

Die Atmosphäre ist ein Mix aus verschiedenen Gasen. Ein großer Teil dieses Gasgemischs ist Stickstoff: Mit 78 Prozent sind das fast vier Fünftel der gesamten Atmosphäre. Nur 21 Prozent bestehen aus Sauerstoff, den wir zum Atmen brauchen. Das restliche eine Prozent machen verschiedene Spurengase aus – also Gase, die nur in Spuren in der Atmosphäre vorkommen. Zu diesen Spurengasen gehören Methan, Stickoxide und vor allem Kohlendioxid, kurz CO₂ genannt. Obwohl der CO₂-Anteil recht gering ist, hat dieses Spurengas gewaltigen Einfluss auf unser Erdklima. Das zeigt sich am Treibhauseffekt, der unseren Planeten aufheizt.

Dass die Erde überhaupt eine Atmosphäre hat, liegt an der Schwerkraft. Sie hält die Gasmoleküle auf der Erde fest und verhindert, dass diese einfach ins Weltall hinaus fliegen. Tatsächlich wird die Luft mit steigender Höhe und damit abnehmender Schwerkraft immer dünner. Schon ab 2000 Metern über dem Meeresspiegel kann sich das für den Menschen unangenehm bemerkbar machen: Er leidet an der Höhenkrankheit mit Atemnot, Kopfschmerzen und Übelkeit. Extrembergsteiger, die hohe Gipfel wie die 8000er des Himalaya erklimmen wollen, nehmen daher meistens künstlichen Sauerstoff mit auf ihre Tour.

Ganz weit oben, in mehr als sechs Kilometern Höhe über der Erdoberfläche, ziehen die hohen Wolken. Zu ihnen gehören die zarten Federwolken, die viele Eiskristalle enthalten. Sind viele von ihnen zu sehen, kündigen sie schlechtes Wetter an. Genauso hoch schweben kleine Schäfchenwolken und Schleierwolken am Himmel, die ebenfalls aus Eiskristallen bestehen.

Zwischen zwei und sechs Kilometern Höhe finden sich die mittelhohen Wolken, zum Beispiel die groben Schäfchenwolken und die Schichtwolken. Wenn sich grobe Schäfchenwolken über weite Flächen erstrecken, wird das Wetter schlecht. Auch graue Schichtwolken lassen erkennen, dass es bald regnen oder schneien wird.

Im untersten „Wolken-Stockwerk“, unter zwei Kilometern Höhe, ziehen die tiefen Wolken. Zu ihnen gehören die hellen Haufenwolken, die von Wassertröpfchen gebildet werden. Diese Art von Wolken kommt weltweit am häufigsten vor. Weil sie vor allem im Sommer schönes Wetter bringen, heißen sie oft auch „Schön-Wetter-Wolken“. Aus grauen tiefen Schichtwolken dagegen kann es auch regnen oder schneien. Und je dunkler die Wolke aussieht, desto mehr Regen oder Schnee trägt sie mit sich.

Wolken, die über alle drei „Stockwerke“ mehrere Kilometer hoch quellen, können alle Arten von Niederschlag mit sich tragen: Weit unten ist das Wasser noch nicht gefroren, dort entsteht Regen. Werden die Tropfen jedoch in hohe und kältere Wolkenschichten hinaufgewirbelt, bilden sich Eiskristalle. Aus den turmhohen Gewitterwolken fallen deshalb Regen, Schnee oder sogar Hagel.

Weil sich das Ozon in der Stratosphäre konzentriert, bildet sich hier eine Schicht: die Ozonschicht. Diese blockiert einen großen Teil der Sonnenstrahlen und verhindert, dass zu viel ultraviolette Strahlung die Erde erreicht. Das ist lebenswichtig, denn die energiereichen ultravioletten Sonnenstrahlen können die Zellen von Tieren und Pflanzen zerstören und die Haut des Menschen schädigen. Ist die Ozonschicht der Stratosphäre intakt, wirkt sie wie ein riesiger Schutzschirm vor aggressiver UV-Strahlung.

Besonders an heißen Sommertagen und bei starkem Verkehr mit vielen Abgasen kann Ozon auch nahe an der Erdoberfläche gebildet werden. Hier unten ist das Gas jedoch nicht nützlich, sondern schädlich: Es kann Kopfschmerzen, Müdigkeit und Augenbrennen verursachen und die Atemwege angreifen. Übersteigt der Ozongehalt am Boden einen bestimmten Wert, werden darum seit einigen Jahren über Radio, Fernsehen und Internet Ozon-Warnungen ausgegeben. Dann sollten körperliche Anstrengungen im Freien vermieden werden.

In unserem Sonnensystem gibt es nicht nur die Sonne, Planeten und Monde. Man hat auch viele kleine Gesteins- und Metallbrocken entdeckt. Sie sind wesentlich kleiner und nicht so schön rund wie Planeten, daher nennt man sie Kleinplaneten oder Asteroiden. Wie ihre großen Geschwister kreisen sie auf regelmäßigen Bahnen um die Sonne. Die meisten Asteroiden findet man im „Asteroidengürtel“ zwischen der Mars- und der Jupiterbahn.

Ab und zu stoßen zwei dieser Asteroiden zusammen. Bei einem solchen Crash entstehen jede Menge Trümmer und Splitter. Diese fliegen von der bisherigen Umlaufbahn weg, quer durch das Sonnensystem. Manche von ihnen geraten in die Nähe der Erde, werden von ihr angezogen und stürzen auf die Erde. Diese abstürzenden Brocken nennt man auch Meteorit.

Auf der Erde würden sie buchstäblich wie ein Stein vom Himmel fallen – wenn es nicht die Atmosphäre gäbe. Denn die Meteoriten sind so schnell, dass die Luft gar nicht schnell genug zur Seite ausweichen kann. Die Luft vor dem abstürzenden Steinbrocken wird zusammengedrückt und dadurch extrem heiß. Die Luft fängt an zu glühen, und der Meteorit beginnt zu verdampfen. Das können wir dann als leuchtenden Streifen sehen, der über den Himmel zieht – eine Sternschnuppe.

Die meisten Meteoriten sind so klein, dass sie auf dem Weg durch die Luft vollständig verglühen. Die Leuchtspur endet dann einfach am Himmel. Größere Trümmer verlieren zwar unterwegs auch an Masse, verdampfen aber nicht ganz. Sie erreichen den Erdboden und schlagen dort ein.

Was diese Meteoriten auf der Erde anrichten, hängt davon ab, wie groß sie sind. Kleine Meteoriten mit einigen Zentimetern Durchmesser hinterlassen zum Beispiel gerade mal eine Delle in einem Autodach.

Der größte bekannte Meteorit schlug vor etwa 65 Millionen Jahren ein. Er hatte einen Durchmesser von mehreren Kilometern und riss einen Krater von 180 Kilometern Durchmesser. Der Einschlag schleuderte so viel Staub in die Luft, dass die Sonne für hunderte von Jahren verdunkelt wurde. Dadurch starben auf der ganzen Welt Pflanzen und Tiere aus – dies war das Ende der Dinosaurier.

Zum Glück sind solche großen Meteoriten sehr selten, so dass wir uns keine Sorgen machen müssen. Außerdem können wir – anders als die Dinosaurier – mit Teleskopen den Himmel beobachten und solche großen Asteroiden lange vor dem Einschlag entdecken.

Während eine Sternschnuppe in wenigen Sekunden verglüht, bleibt eine andere Erscheinung länger sichtbar: Kometen mit ihrem Schweif stehen Tage oder Wochen am Himmel. Auch ihnen haben die Menschen früher viele Eigenschaften angedichtet – als göttliche Zeichen, Verkünder von Unheil oder Vorbote freudiger Ereignisse. Doch die Wahrheit ist etwas weniger spektakulär.

Astronomen nennen Kometen auch „schmutzige Schneebälle“. Sie kommen aus dem äußeren Sonnensystem, weit entfernt von der wärmenden Kraft der Sonne. Dort ist es so kalt, dass Wasser sofort zu Eis gefriert. So bilden sich Klumpen aus Eisbrocken und Staub – schmutzige Schneebälle eben.

Auch ein Komet zieht zunächst weit entfernt von der Sonne seine Bahn – bis er durch einen Zusammenstoß umgelenkt wird und in Richtung des inneren Sonnensystems fliegt. Er kommt der Sonne näher und empfängt mit der Zeit immer mehr Licht und Wärme. Dadurch fängt die gefrorene Oberfläche an, aufzutauen und sogar zu verdampfen. So entsteht eine Hülle aus Wasserdampf und Staub um den Kometen.

Gleichzeitig bekommt der Komet den „Sonnenwind“ zu spüren – das sind winzige Teilchen, die mit hoher Geschwindigkeit aus der Sonne heraus fliegen. Sie treffen auf die Dampfhülle des Kometen. Dadurch wird die Dampfhülle des Kometen weg geblasen, so dass sie eine längliche Wolke bildet, die von der Sonne weg zeigt. Wenn diese Wolke dann vom Sonnenlicht getroffen wird, erscheint sie als leuchtender Streifen – der Schweif des Kometen.

Der Komet fliegt einen Bogen um die Sonne und entfernt sich dann wieder. Wenn er weit genug von der Sonne weg ist, hört auch das Auftauen und Verdampfen auf. Der Schweif verschwindet und der Komet zieht als schmutziger Schneeball durch die Weiten des äußeren Sonnensystems. Je nach Kometenbahn dauert es viele Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte, bis er wieder in die Nähe der Sonne kommt.

Die bunten Lichteffekte am Himmel waren dem Menschen lange ein Rätsel. Heute ist ihr Geheimnis gelüftet: Verantwortlich für das Leuchten der Polarlichter ist die Sonne. Denn sie gibt nicht nur Licht und Wärme ab, sondern schleudert auch gigantische Massen von Materie ins All. Dieser so genannte Sonnenwind besteht vor allem aus elektrisch geladenen Teilchen, die mit einer Geschwindigkeit von mehr als 300 Kilometern pro Sekunde durchs Weltall rasen. Schon nach etwa drei Tagen erreichen diese Energie geladenen Teilchen die Erde.

Glücklicherweise sind wir durch die Atmosphäre und durch das Erdmagnetfeld vor dem Einschlag dieser Teilchen geschützt. So können sie die Erdoberfläche nicht erreichen und uns nicht gefährlich werden. Dennoch wirkt sich der Sonnenwind auf die Erde aus, indem er ihr Magnetfeld verformt: Auf der Sonnenseite wird es zusammengedrückt, auf der von der Sonne abgewandten Seite ragt es weiter in den Weltraum hinaus.

Dort wo der Sonnenwind auf das Erdmagnetfeld trifft – in über 100 Kilometer Höhe – baut sich eine starke elektrische Spannung auf. Ein Teil dieser Spannung entlädt sich, indem die Elektronen entlang der Feldlinien des Magnetfelds zur Erde fließen. Am nächsten kommen sie unserem Planeten an den Polen. Wenn sie dort auf die Sauerstoff- und Stickstoffatome der Atmosphäre prallen, strahlen diese Licht aus – ähnlich dem Gas in einer Leuchtstoffröhre. Je nach Energie des Aufpralls leuchten sie in unterschiedlichen Farben. Das Ergebnis sehen wir als bunte Polarlichter.

In Abständen von etwa elf Jahren ist die Sonne besonders aktiv und schleudert mehr Teilchen ins All als sonst. Dann kann aus dem Sonnenwind ein Sonnensturm werden. Manchmal ist er so stark, dass Polarlichter auch in Gebieten außerhalb der Polarregion die Polarlichter zu sehen sind. Solch ein Sonnensturm sorgt aber nicht nur für die hübschen Polarlichter sondern kann Satellitentechnik, Stromleitungen, Funk und Navigation stören. So kam es im Jahr 1989 dazu, dass in Kanada tagelang der Strom ausfiel.