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.

Das Eis der Arktis rund um den Nordpol bedeckt im Winter einen großen Teil des Nordpolarmeers. Es erstreckt sich dann über eine Fläche von mehreren Millionen Quadratkilometern. Zum großen Teil handelt es sich dabei um eine Eisschicht, die auf dem Meer schwimmt. Außerdem bedeckt das arktische Eis die nördlichen Gebiete von Europa, Asien und Nordamerika.

Dagegen befindet sich der Südpol auf einem Kontinent, der Antarktis. Die Antarktis ist der kälteste Ort auf der Erde. Ihre Landmasse liegt fast völlig unter einem Panzer aus Eis und Schnee begraben, der bis zu 4 Kilometer dick ist. Fast drei Viertel des Süßwassers auf der Erde sind in diesem Eis gespeichert.

Menschen, Tiere und Pflanzen haben sich dem Leben im „ewigen Eis“ angepasst. Eisbären oder Rentiere schützen sich zum Beispiel mit einer Fettschicht und einem dichten Fell gegen die Kälte. Die Antarktis bewohnen nur wenige Menschen, die Arktis ist etwas stärker besiedelt. Die bekanntesten Bewohner der Arktis sind die Inuit in Nordamerika und Grönland, daneben gibt es auch die Lappen in Nordskandinavien und Naturvölker im nördlichen Sibirien. Früher lebten sie dort als Nomaden und bewegten sich mit Hundeschlitten fort. Heute benutzen sie Schneemobile und viele von ihnen leben in Städten.

In den Eiswüsten um die Pole wächst wegen der großen Kälte kaum etwas. Der Boden zwischen den Polregionen und der kalt-gemäßigten Zone ist bis in große Tiefe dauerhaft gefroren. Nach dem lateinischen Wort „permanere“ für „andauern“ nennt man diesen Untergrund daher auch Permafrost. Nur wenige Monate im Jahr taut er etwas auf. Dann können besonders abgehärtete Pflanzen wie Moose, Flechten oder Zwergsträucher darauf wachsen. Diese Region rund um die Polargebiete wird auch subpolare Tundra genannt.

Die Polarregionen sind die kältesten Gebiete der Erde. Gerade hier zeigt sich auch, dass sich die Erde aufheizt: Seit einigen Jahren beobachten Forscher, dass die Eismassen von Arktis und Antarktis schmelzen. Die Folgen dieser Erwärmung lassen sich noch nicht genau abschätzen. Klar ist aber schon jetzt, dass viele Lebensräume durch das Schmelzen der Pole bedroht sind.

Im Bereich seines Magnetfeldes übt ein Magnet Kraft auf andere Magnete aus, zum Beispiel auf eine Kompassnadel. Auch durch feine Eisenspäne lässt sich die Wirkung eines Magneten sichtbar machen: Sie ordnen sich um den Magneten an und zeigen in Richtung seiner beiden Pole. Ein linienartiges Muster entsteht, das die magnetischen Kräfte anzeigt. Die Linien dieses Magnetfeldes sind die so genannten Feldlinien.

Auch das Erdmagnetfeld besitzt solche Feldlinien. In der Nähe des Südpols treten sie aus der Erde aus, verlaufen außerhalb der Erde bis zum Nordpol und verschwinden dort wieder in der Erde. Sie sind also angeordnet, als würde sich mitten durch die Erde ein riesiger Stabmagnet ziehen.

Der Südpol dieses gedachten Stabmagneten weist in etwa zum geographischen Nordpol, sein Nordpol zum geographischen Südpol. Was zunächst verwirrend klingt, hat eine einfache Erklärung: Nord- und Südpol ziehen sich an. Darum zeigt der Nordpol der Kompassnadel zum magnetischen Südpol der Erde, der Südpol auf der Nadel zum magnetischen Nordpol.

Das Erdmagnetfeld dient aber nicht nur der Orientierung auf diesem Planeten. Es schützt uns zusammen mit der Atmosphäre auch vor Gefahren aus dem Weltraum. Eine dieser Bedrohungen ist ein geladener Teilchenstrom, den die Sonne ständig in alle Richtungen ausstößt. Dieser so genannte Sonnenwind wird vom Erdmagnetfeld abgelenkt. Wie eine Kapsel leitet das Erdmagnetfeld die geladenen Teilchen um, so dass sie an der Erde vorbeifliegen und für uns nicht mehr gefährlich sein können.

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.

Sterne sind ganz einfach Kugeln aus Gas. Aber in ihrem Inneren ist es unvorstellbar heiß, viele Millionen Grad Celsius. Wegen der starken Hitze glüht das Gas und leuchtet – wie eine Glühbirne, nur sehr viel heller. Das Licht der Sterne ist so stark, dass wir es von der Erde aus sehen können, obwohl die Sterne viele Billionen Kilometer entfernt sind.

Sterne erscheinen uns wie winzige Lichtpunkte – aber das liegt nur an der großen Entfernung: In Wirklichkeit sind Sterne nämlich riesig. Die kleinsten haben etwa den zehnfachen Durchmesser der Erde, Riesensterne können hunderttausendmal so groß sein!

Es gibt jedoch einen Stern, der uns im Vergleich zu allen anderen sehr nah ist: die Sonne. Sie erscheint uns immerhin schon als helle Scheibe am Himmel. Aber auch dieser Eindruck täuscht: Der Durchmesser der Sonne ist etwa einhundert Mal so groß wie der der Erde. Ihre Kraft sehen und spüren wir täglich, denn sie spendet der Erde Licht und Wärme – wie ein großes Lagerfeuer, an dem wir im kalten Weltall sitzen.

Allerdings verbrennt ein Stern kein Holz. Er besteht hauptsächlich aus Wasserstoffgas und bezieht seine Energie aus den Wasserstoff-Atomkernen. Ein Stern verbrennt sich also sozusagen langsam selbst. Wenn irgendwann die Brennstoffvorräte aufgebraucht sind, wird er dunkel und fällt in sich zusammen oder explodiert. Auch unsere Sonne wird eines Tages so enden. Aber weil Sterne so groß sind, reicht der Brennstoff für lange Zeit. Unsere Sonne zum Beispiel wird noch etwa fünf Milliarden Jahre leuchten.