Cực quang
Nguồn gốc và biểu hiện

Video về cực quang được thực hiện bởi phi hành đoàn của Expedition 28 lên tàu vũ trụ quốc tế
Chuỗi ảnh này được chụp vào ngày 17 tháng 9 năm 2011 từ 17:22:27 đến 17:45:12 GMT,
trên một đường chuyền tăng dần từ phía nam của Madagascar phía bắc nước Úc trên Ấn Độ Dương
Chuỗi ảnh này được chụp vào ngày 7 tháng 9 năm 2011 từ 17:38:03 đến 17:49:15 GMT,
từ Vùng đất phía Nam và châu Nam Cực thuộc Pháp ở Nam Ấn Độ Dương đến miền nam Úc
Chuỗi ảnh này được chụp vào ngày 11 tháng 9 năm 2011 từ 13:45:06 đến 14:01:51 GMT, từ một đường đèo giảm dần gần miền đông Australia, đi vòng qua một đường đèo lên phía đông New Zealand
NOAA bản đồ Bắc Mỹ và Âu-Á
Những bản đồ này cho thấy ranh giới xích đạo nửa đêm cục bộ của cực quang ở các mức độ khác nhau của hoạt động địa từ.
Kp = 3 tương ứng với mức độ hoạt động địa từ thấp, trong khi Kp = 9 đại diện cho mức độ cao.
Các hạt cao năng lượng từ Mặt Trời được đưa vào không gian cùng với gió Mặt Trời nóng và luôn luôn tồn tại. Luồng gió này đâm với tốc độ siêu nhanh về phía Trái Đất thông qua khoảng không gian liên hành tinh với vận tốc dao động trong khoảng 1 đến trên 3 triệu km/h, mang theo cùng với nó là từ trường Mặt Trời. Gió Mặt Trời làm nhiễu loạn từ trường của Trái Đất để tạo ra quyển từ chứa đầy plasma và có hình dạng tựa sao chổi. Từ trường của Trái Đất có tác dụng như một vật cản, bảo vệ Trái Đất trước các hạt tích năng lượng và bức xạ trong gió Mặt Trời. Năng lượng và xung lượng của hạt được truyền từ gió Mặt Trời sang quyển từ thông qua một quy trình được biết như là "tái kết nối từ". Trong quá trình này, các đường sức từ liên hành tinh (xuất phát từ Mặt Trời) được kết hợp với địa từ trường. Các hạt trong gió Mặt Trời có thể đi vào các đường sức từ mới tạo thành. Các nhà vật lý nghiên cứu về cực quang gọi đó là "đường sức từ mở" (các đường này mở vào gió Mặt Trời). Do áp suất động lực của gió Mặt Trời, các đường sức từ mới tạo thành sẽ được di chuyển đối lưu trên đỉnh cực và vào trong đuôi của quyển từ Trái Đất. Ở đây, sự tái kết nối từ trường mới lại có thể diễn ra, tạo ra đường sức từ đóng mới. Đường từ trường đối lưu sẽ chứa các hạt gió Mặt Trời. Một số hạt sẽ có thể đi tới tầng ion trước khi đường sức từ chạm tới đuôi của quyển từ. Các hạt này tạo ra cực quang ban ngày. Cực quang ban đêm được tạo ra từ các hạt được gia tốc từ đuôi quyển từ về hướng Trái Đất. Các hạt này bị chặn lại bởi các đường sức từ đóng.
Các điện tử bị chặn lại trong từ trường Trái Đất (hiệu ứng gương từ) được gia tốc dọc theo từ trường về phía khu vực vùng cực và sau đó đâm vào khí quyển để tạo ra cực quang. Cực quang diễn ra mãnh liệt nhất vào thời gian hoạt động mạnh của các cơn bão từ sinh ra bởi hoạt động của vết đen Mặt Trời. Sự phân bổ của cường độ cực quang theo cao độ chỉ ra mức cực đại rõ nhất ở khoảng 100 km phía trên Trái Đất.
Các hạt đâm xuống địa từ trường, chạm tới tầng trung hòa của khí quyển trong một hình gần tròn gọi là ôvan cực quang. Hình gần tròn này có tâm ở phía trên cực từ và kích thước khoảng 3.000 km theo đường kính trong những lúc yên tĩnh. Vòng tròn này lớn nhanh khi quyển từ bị làm nhiễu loạn. Khu vực có ôvan cực quang nói chung tìm thấy trong phạm vi 60 và 70 ° tính theo vĩ độ bắc hay nam. Trong thời gian Mặt Trời hoạt động tích cực thì ôvan cực quang mở rộng và các cực quang có thể được nhìn thấy từ các vĩ độ thấp tới 25-30° bắc và nam trong một số trường hợp. Ví dụ, ngày 7 tháng 11 năm 2004, sau khi có hoạt động phun trào của Mặt Trời mãnh liệt, chúng được nhìn thấy ở xa tới tận Arizona. Ở vĩ độ 45°, cực quang có thể nhìn thấy vào khoảng 5 lần/năm, trong khi ở trên 55° thì gần như nhìn thấy chúng mọi đêm.
Các điểm đặc trưng của cực quang là chúng có nhiều hình dạng và kích thước. Các cung và tia cực quang cao bắt đầu sáng rõ ở cao độ 100 km trên bề mặt Trái Đất và kéo dài lên phía trên dọc theo từ trường trong hàng trăm kilômét. Các cung hay màn này có thể mỏng chỉ khoảng 100 mét.
Khi mở rộng ra đường chân trời. Các cung cực quang có thể gần như đứng im và sau đó tựa như bàn tay, chúng tạo ra một cái màn cao, bắt đầu nhảy múa và đổi hướng. Sau nửa đêm quyến rũ, cực quang có thể có hình dáng loang lổ và các đốm thông thường nhấp nháy sau khoảng mỗi 10 giây cho đến tận rạng đông. Phần lớn các cực quang có màu vàng ánh lục nhưng đôi khi các tia cao sẽ có màu đỏ ở đỉnh và dọc theo gờ thấp của chúng. Trong một ít trường hợp, ánh sáng Mặt Trời sẽ va phải phần đỉnh của các tia cực quang tạo ra màu lam nhạt. Trong một số rất ít trường hợp (khoảng 1 lần trong 10 năm) cực quang có thể có màu dỏ sẫm như máu từ đỉnh đến đáy. Ngoài ra để tạo ra ánh sáng thì các hạt chứa năng lượng cũng sinh ra nhiệt. Nhiệt bị làm tiêu tan bởi bức xạ hồng ngoại hay bị mang đi xa bởi các trận gió mạnh trong lớp trên của khí quyển.
Trong những năm gần đây, sự phổ biến của 'Du lịch cực quang' đã đem một lượng lớn du khách tới nhiều điểm về truyền thống là không ở được trong thời gian diễn ra mùa đông vùng cực. Nhờ có ảnh hưởng làm ấm của các dòng hải lưu ấm và tương đối dễ tiếp cận của mình nên Iceland và Bắc Scandinavia là các điểm đến phổ biến nhất. Để có thể quan sát cực quang thì ngoài hoạt động của cực quang cần có các điều kiện như trời quang mây và ít ánh sáng không tự nhiên (ánh sáng đèn). Việc chụp ảnh cực quang đòi hỏi các máy ảnh phải được trang bị sao cho của chắn sáng phải mở trên 5 giây. Các pin máy ảnh kỹ thuật số bị hao rất nhanh trong điều kiện lạnh, vì thế một lời khuyên hữu ích là cần đem theo các pin dự phòng.