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  極光發現的歷史很早,許多解釋極光的迷信或過時的理論已經存在數百年了。

  極光是地球周圍的一種大規模放電的過程。來自太陽的帶電粒子到達地球附近,地球磁場迫使其中一部分沿著磁場線集中到南北兩極。當他們進入極地的高層大氣(>80km)時,與大氣中的原子和分子碰撞並激發,能量釋放產生的光芒形成圍繞著磁極的大圓圈,即極光。  極光最易出現的時期是春分和秋分兩個節氣來臨之前,且春秋兩季出現頻率更甚夏冬。這是因為在春分和秋分兩節氣時地球位置與「磁索」交錯最甚。另外,在太陽黑子多的時候或當太陽週期在日冕大量拋射增加和太陽風強度增強的階段時,極光出現的頻率和亮度也會增加。

  在北半球觀察到的極光稱北極光,南半球觀察到的極光稱南極光,經常出現的地方是在南北緯度67度附近的兩個環帶狀區域內,阿拉斯加的費爾班克斯一年之中有超過200天的極光現象,因此被稱為“北極光首都”。而冰島由於整個國家都在極光帶上,也是北半球受歡迎的觀測極光地點。南極光與北極光是同時變化的(可視為北極光的映象)。在高緯度的南美洲、澳大利亞、紐西蘭和南極洲可以看見南極光。

  通常極光出現時,是呈現瀰漫性的發光或"窗簾",大致向東西方向擴充套件。有些時候,它們形成"靜態弧",其它的"活躍極光"則會不停的變化,不斷的改變形態。每一個簾幕由許多平行的光線組成,每一條光線都內襯著當地的磁場線,暗示極光的形狀受到地球磁場的約制。事實上,衛星顯示電子循著磁場線,朝向地球方向螺旋著移動。  與窗簾相似,但皺摺更為強烈的被稱為"條狀(striations)";當磁場線導引明亮的極光在觀賞著的上方綻放,則可能呈現"冕狀"或發散的輻射狀,這是透視造成的效果。  地球的極光主要有紅、綠二色是因為在熱成層的氮和氧原子被電子激發,分別發出紅色和綠色光。  氧回到基態是不尋常的:它可以在0.75秒輻射出綠光,但要長達兩分鐘的時間才能輻射出紅光。與其它原子或分子的碰撞會吸收激發的能量,並阻止輻射。因為在大氣層的最頂端,氧含量有較高的百分比,但碰撞是稀稀落落的,所以氧有足夠的時間輻射出紅光。下降到較低層,碰撞的頻率變得頻繁起來,就沒有足夠的時間釋放出紅光,最終,連綠光都因為碰撞過於頻繁也被阻止了  這就是為何在不同的高度會輻射出不同的顏色;在最高處,由氧的紅光主導,然後是氧的綠光和氮的藍光與紅光,最後只有氮的藍光與紅光,而碰撞阻止了氧輻射出任何的光線。綠色是極光中最常見的顏色,在它的後方(上方)是粉紅色,混合著淺綠色和紅色,緊接著是純紅色、黃色(紅色和綠色的混合),最後是純藍色。

  極光依性質可分為擴散極光和分立極光兩種型別。即使在黑暗的天空中,肉眼可能還是看不見擴散極光散發出瀰漫在天空中的微光和形狀,但它定義出了極光帶的範圍。分立極光是在幾乎看不見的擴散極光中能夠明確看出形狀的部分,肉眼很容易就能看見它們,最亮時的亮度足以在夜晚閱讀書報。但分立極光還是只能在夜空中被看見,因為它的亮度還不足以在陽光下呈現。極光在極光帶中出現時通常是瀰漫性的光斑或弧形,且通常是在裸眼可見的程度之下。分立極光通常會顯示出磁場線或像簾幕狀的結構,最常見的是綠色的螢光,並且可以在數秒鐘內發生變化,或是幾個小時光度都不變。 現代潮流引導與推薦比照氣象學來區分極光的現象,但尚未被完全認同。

  極光也會發生在其它行星上,與地球一樣,它們也出現在行星磁極的附近。木星和土星這兩顆行星都有比地球更強的磁場(木星在赤道的磁場強度是4.3高斯,相較之下地球只有0.3高斯),而且兩者也都有強大的輻射帶。哈伯太空望遠鏡也很清楚的看見這兩顆行星的極光。  在巨大氣體行星上的極光看起來與地球的相似,也是由太陽風提供能量,另外,木星的衛星,特別是埃歐,更是木星極光的能量來源。這些電流是沿著場線(場準直電流)湧生出的,肇因於衛星繞著行星公轉的相對運動,引起的發電機機制。有著火山活動和電離層的埃歐,是帶電粒子的強力來源,從1955年開始就在研究由它的電流所發射出來的電波輻射。使用哈伯太空望遠鏡也在埃歐、歐羅巴和甘尼米德上觀測到極光,當木星磁氣圈的電漿撞擊到它們稀薄的大氣層時,就會產生極光。  在金星和火星上也曾觀測到極光。因為金星沒有內在(行星本身)的磁場,金星的極光呈現不同的形狀和強度,看起來是明亮但瀰漫的補丁,有時會分佈在整個行星的盤面。金星的極光源自太陽風的粒子撞擊和陷入在夜晚側的大氣層。在2004年8月14日,火星快車號上的儀器SPICAM檢測到火星的極光。這道極光位於辛梅利亞高地,東經177°,南緯52°,輻射區域大約寬30公里,高度在8公里左右。經由分析包括火星全球探勘者號過去的地殼磁場異常資料,科學家發現輻射的地區是相對來說是區域性的區域性磁場最強的地區。這種相關性顯示,電子是通過火星地殼的磁力線與被激發的大氣層移動。
極光,是一種等離子體現象,主要發生在具有磁場的行星上的高緯度區域,而在地球上的極光帶即是經度上距離地磁極10°至20°,緯度寬約3°至6°的區域。當磁暴發生時,在較低的緯度也會出現極光。