极光是如何形成的？
极光至少已经为人所知2000年了，所以它一直是许多神话的主题。中世纪早期，很多人认为奥罗拉是骑着马穿越天空的勇士。在北极，因纽特人相信极光是由神创造的，为新近死去的人照亮道路。随着科技的进步，极光的奥秘越来越为我们所知。原来，这美丽的景色是太阳与大气合作表演的作品。
极光是由大气层外的高能粒子(电子和质子)撞击高层大气中的原子而产生的。这种相互作用经常发生在地球磁极周围的区域。现在已经知道，带电粒子作为太阳风的一部分，在到达地球附近时被地球磁场捕获，并使其向磁极方向坠落。它们与氧原子和氮原子碰撞，撞掉电子，使它们变成受激离子。这些离子发出不同波长的辐射，产生红色、绿色或蓝色等极光特征颜色。在太阳活动的高峰期，极光有时会延伸到中纬度带。例如，在美国，北极光可以在北纬40度以南的地方看到。极光有多种形状，如幕状、弧形、带状和射线状。发光均匀的弧形极光是最稳定的形状，有时可以持续几个小时而无明显变化。然而，大多数其他形状的极光通常会快速变化。弧形和褶皱极光的下缘轮廓通常比上端更明显。最后，极光向极地退去，辉光逐渐消失在弥漫的白色天空中。造成极光动态变化的机制还是完全清楚的。在太阳创造的光和热等能量形式中，有一种叫做“太阳风”。这是一种强大的带电亚原子粒子流，可以覆盖地球。太阳风在地球上空绕地球流动，以每秒400公里左右的速度撞击地球磁场。磁场使粒子流偏向地球磁极，从而使带电粒子与地球高层大气发生化学反应，形成极光。在南极地区形成的东西叫做南极光。这种现象在北极也能看到，一般称为北极光。
大多数极光出现在地球上空90-130公里处。但是有些极光要高得多。1959年，北极光一次性测得的高度为160 km，宽度超过4800 km。地平线上的城市灯光和高层建筑可能会阻碍我们看到光，所以最好的极光景象只能在乡村的开阔地带观察到。在加拿大的丘吉尔，一年有300个夜晚可以看到极光；在佛罗里达，你平均一年只能看到四次。中国最北部的漠河也是观赏极光的好地方。
18世纪中叶，瑞典一个地球物理天文台的科学家发现，当天文台观测极光时，地面上的罗盘指针会发生不规则变化，变化幅度多达1度。与此同时，伦敦的地磁站也记录到了类似的现象。因此，他们认为极光的出现与地磁场的变化有关。原来极光是太阳风和地球磁场相互作用的结果。太阳风是太阳喷射出的带电粒子。当它吹过地球时，会受到地球磁场的影响。地球磁场的形状像一个漏斗，其尖端朝向地球的南北极，因此太阳发射的带电粒子沿着地球磁场的“漏斗”沉降，进入地球的两极地区。两极的上层大气，受到太阳风的轰击，会发光，形成极光。高层大气由多种气体组成，不同元素的气体被轰击后发出的光的锋色不同。比如氧气受激时发出绿光和红光，氮气受激时发出紫光，氩气受激时发出蓝光，所以极光显得五彩缤纷，变化多端。
科学家们已经了解到地球磁场是不对称的。在太阳风的驱动下，它变成了一种“流线”。也就是说，朝向太阳的磁力线被大大压缩，但反方向却拉出了一条形似尾巴的地球磁尾巴。磁尾的长度至少是地球半径的1，000。由于与日地空间行星际磁场的耦合作用，在变形地球磁场的两极之外形成了一个磁场强度较弱的狭窄极区。由于等离子体具有“冻结”磁力线的特性，太阳风粒子无法穿越地球磁场，只能通过极尖进入地球磁尾。当太阳活动发生剧烈变化时(如耀斑爆发)，往往会引起地磁亚暴。所以这些带电粒子被加速并沿着磁力线运动。这些带电粒子从极地注入地球，撞击高层大气中的气体分子和原子，使后者激发-去激发并发光。不同的分子和原子产生不同颜色的光，这些单色光混合在一起就形成了多彩的极光。其实人们看到的极光主要是带电粒子流中的电子造成的。而且极光的颜色和强度还取决于沉降粒子的能量和数量。用一个形象的比喻，可以说极光活动就像是磁层活动的电视直播画面。沉降粒子是电视的电子束，地球大气层是电视屏幕。地球磁场是电子束导向磁场。科学家们从这个自然电视中获得了许多关于磁层和日地空间电磁活动的信息。比如通过极谱分析，可以知道沉降粒子束的来源、粒子种类、能量、地球磁尾的结构、地球磁场与行星磁场的相互作用、太阳扰动对地球影响的方式和程度等。
极光的形成与太阳活动密切相关。在太阳活动最活跃的年份，可以看到比平时更壮观的极光景象。在很多低纬度以前看不到极光的地区，也能看到极光。2000年4月6日夜，欧美北部出现极光。地球北半球已经出现了极光，甚至在美国南部的佛罗里达州和德国的中南部也出现了极光。当晚，红蓝绿光弥漫夜空，场面十分壮观。虽然这是一种罕见的祝福，但过去平淡无奇的天空中突然出现了绚丽的色彩，引起了许多地区的恐慌。据德国波鸿天文台台长卡明斯基称，德国莱茵河北部地区警察局和天文台的电话当晚一直不停，甚至有人怀疑又发生了煤气泄漏。这种极光现象是在160 km高度观测太阳的航天器ACE发现的，并发出了警告。北京时间4月7日凌晨0点30分，宇宙飞船ACE发现一股太阳风，有强大的带电粒子从它身边经过，太阳风突然从每秒375公里加速到每秒600公里。一小时后，太阳风到达地球大气层外缘，向我们展示了一个罕见的奇迹。