人們知道極光至少己有2000年了，因此極光一直是許多神話的主題。在中世紀(jì)早期，不少人相信，極光是騎馬奔馳越過天空的勇士。在北極地區(qū)，紐因特人認(rèn)為，極光是神靈為最近死去的人照亮歸天之路而創(chuàng)造出來的。隨著科技的進(jìn)步，極光的奧秘也越來越為我們所知，原來，這美麗的景色是太陽與大氣層合作表演出來的作品。

產(chǎn)生極光的原因是來自大氣外的高能粒子(電子和質(zhì)子)撞擊高層大氣中的原子的作用。這種相互作用常發(fā)生在地球磁極周圍區(qū)域。現(xiàn)在所知，作為太陽風(fēng)的一部分荷電粒子在到達(dá)地球附近時，被地球磁場俘獲，并使其朝向磁極下落。它們與氧和氮的原子碰撞，擊走電子，使之成為激發(fā)態(tài)的離子，這些離子發(fā)射不同波長的輻射，產(chǎn)生出紅、綠或藍(lán)等色的極光特征色彩。在太陽活動盛期，極光有時會延伸到中緯度地帶，例如，在美國，南到北緯40度處還曾見過北極光。極光有發(fā)光的帷幕狀、弧狀、帶狀和射線狀等多種形狀。發(fā)光均勻的弧狀極光是最穩(wěn)定的外形，有時能存留幾個小時而看不出明顯變化。然而，大多數(shù)其他形狀的極光通常總是呈現(xiàn)出快速的變化?；畹暮驼郫B狀的極光的下邊緣輪廓通常都比上端更明顯。極光最后都朝地極方向退去，輝光射線逐漸消失在彌漫的白光天區(qū)。造成極光動態(tài)變化的機(jī)制尚示完全明了。

在太陽創(chuàng)造的諸如光和熱等形式的能量中，有一種能量被稱為“太陽風(fēng)”。這是一束可以覆蓋地球的強(qiáng)大的帶電亞原子顆粒流，該太陽風(fēng)在地球上空環(huán)繞地球流動，以大約每秒400公里的速度撞擊地球磁場，磁場使該顆粒流偏向地磁極，從而導(dǎo)致帶電顆粒與地球上層大氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成極光。在南極地區(qū)形成的叫南極光。在北極地區(qū)同樣可看到這一現(xiàn)象，一般稱之為北極光。

大多數(shù)極光出現(xiàn)在地球上空90～130千米處。但有些極光要高得多。1959年，一次北極光所測得的高度是160千米，寬度超過4800千米。在地平線上的城市燈光和高層建筑可能會妨礙我們看極光，所以最佳的極光景象要在鄉(xiāng)間空曠地區(qū)才能觀察得到。在加拿大的丘吉爾城，一年在有300個夜晚能見到極光;而在佛羅里達(dá)州，一年平均只能見到4次左右。我國最北端的漠河，也是觀看極光的好地方。

18世紀(jì)中葉，瑞典一家地球物理觀象臺的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)該臺觀測到極光的時候，地面上的羅盤的指針會出現(xiàn)不規(guī)則的方向變化，變化范圍有1度之多。與此同時，倫敦的地磁臺也記錄到類似的這種現(xiàn)象。由此他們認(rèn)為，極光的出現(xiàn)與地磁場的變化有關(guān)。原來，極光是太陽風(fēng)與地球磁場相互作用的結(jié)果。太陽風(fēng)是太陽噴射出的帶電粒子，當(dāng)它吹到地球上空時，會受到地球磁場的作用。地球磁場形如漏斗，尖端對著地球的南北兩個磁極，因此太陽發(fā)出的帶電粒子沿著地磁場這個“漏斗”沉降，進(jìn)入地球的兩極地區(qū)。兩極的高層大氣，受到太陽風(fēng)的轟擊后會發(fā)出光芒，形成極光。高層大氣是由多種氣體組成的，不同元素的氣體受轟擊后所發(fā)出光的前面色不一樣。例如氧被激后發(fā)出綠光和紅光，氮被激后發(fā)出紫色的光，氬被激后發(fā)出藍(lán)色的光，因而極光就顯得絢麗多彩，變幻無窮。

科學(xué)家已經(jīng)了解到，地球磁場并不是對稱的。在太陽風(fēng)的吹動下，它已經(jīng)變成某種“流線型”。就是說朝向太陽一面的磁力線被大大壓縮，相反方向卻拉出一條長長的、形似彗尾的地球磁尾。磁尾的長度至少有1000個地球半徑長。由于與日地空間行星際磁場的偶合作用，變形的地球磁場的兩極外各形成一個狹窄的、磁場強(qiáng)度很弱的極尖區(qū)。因?yàn)榈入x子體具“凍結(jié)”磁力線特性，所以太陽風(fēng)粒子不能穿越地球磁場，而只能通過極尖區(qū)進(jìn)入地球磁尾。當(dāng)太陽活動發(fā)生劇烈變化時(如耀斑爆發(fā))，常引起地球磁層亞暴。于是這些帶電粒子被加速，并沿磁力線運(yùn)動從極區(qū)向地球注入，這些帶電粒子撞擊高層大氣中的氣體分子和原子，使后者被激發(fā)—退激而發(fā)光。不同的分子，原子發(fā)生不同顏色的光，這些單色光混合在一起，就形成多姿多彩的極光。

事實(shí)上，人們看到的極光，主要是帶電粒子流中的電子造成的。而且，極光的顏色和強(qiáng)度也取決于沉降粒子的能量和數(shù)量。用一個形象比喻，可以說極光活動就像磁層活動的實(shí)況電視畫面。沉降粒子為電視機(jī)的電子束，地球大氣為電視屏幕。地球磁場為電子束導(dǎo)向磁場?？茖W(xué)家從這個天然大電視中得到磁層以及日地空間電磁活動的大量信息。例如，通過極光光譜分析可以了解沉降粒子束來源、粒子種類、能量大小、地球磁尾的結(jié)構(gòu)、地球磁場與行星磁場的相互作用，以及太陽擾亂對地球的影響方式與程度等。

極光的形成與太陽活動息息相關(guān)。逢到太陽活動極大年，可以看到比平常年更為壯觀的極光景象。在許多以往看不到極光的緯度較低的地區(qū)，也能有幸看到極光。2000年4月6日晚，在歐洲和美洲大陸的北部，出現(xiàn)了極光景象。在地球北半球一般看不到極光的地區(qū)，甚至在美國南部的佛羅里達(dá)州和德國的中部及南部廣大地區(qū)也出現(xiàn)了極光。當(dāng)夜，紅、藍(lán)、綠相間的光線布滿夜空中，場面極為壯觀。雖然這是一件難得一遇的幸事，但在往日平淡的天空突然出現(xiàn)了絢麗的色彩，在許多地區(qū)還是造成了恐慌。據(jù)德國波鴻天文觀象臺臺長卡明斯基說，當(dāng)夜德國萊茵地區(qū)以北的警察局和天文觀象臺的電話不斷，有的人甚至懷疑又發(fā)生毒氣泄漏事件。這次極光現(xiàn)象被遠(yuǎn)在160公里高空的觀測太陽的飛行器ACE發(fā)現(xiàn)，并發(fā)出了預(yù)告。在北京時間4月7日凌晨零時三十分，宇宙飛行器ACE發(fā)現(xiàn)一股攜帶著強(qiáng)大帶電粒子的太陽風(fēng)從它旁邊掠過，而且該太陽風(fēng)突然加速，速度從每秒375公里提高到每秒600公里，一小時后，這股太陽風(fēng)到達(dá)地球大氣層外緣，為我們顯示了難得一見的造化神工。