オーロラ
オーロラ(aurora)は、天体の極域近辺に見られる大気の発光現象である。極光(きょっこう、polar lights)または観測される極域により、北極寄りなら北極光(ほっきょくこう、northern lights)、南極寄りなら南極光(なんきょくこう、southern lights)ともいう。以下本項では特に断らないかぎり、地球のオーロラについて述べる。
女神の名に由来するオーロラは古代から古文書や伝承に残されており、日本でも観測されている。近代に入ってからは両極の探検家がその存在を広く知らしめた。オーロラの研究は電磁気学の発展とともに進歩した。発生原理は、太陽風のプラズマが地球の磁力線に沿って高速で降下して地球の大気に含まれる酸素や窒素の原子を励起することによって発光すると考えられているが、その詳細にはいまだ不明な点が多い。光(可視光)以外にも各種電磁波や電流と磁場、熱などが放出される。音(可聴音)を発しているかどうかには議論がある。北極点や南極点の近傍ではむしろ見られず、オーロラ帯という楕円上の地域で見られやすい。南極と北極で形や光が似通う性質があり、これを共役性という。地球以外の惑星でも地磁気と大気があれば出現する。人が地球上から目視できるオーロラの色には、 主に青や緑、赤が挙げられる。
さらに状況さえ再現すれば、人工的にオーロラを出すこともできる(後述)。
オーロラという名称はローマ神話の暁の女神アウロラ(Aurora)に由来する。ただし、科学術語になった過程については定説がない。
オーロラという名称が使用され始めたのは17世紀頃からと考えられている。名付け親は一説によるとフランスのピエール・ガッサンディで、エドモンド・ハレーが自らの論文の中でこの説を述べている。もう一説は、イタリアのガリレオ・ガリレイが名付けたという説である。当時ガリレオは宗教裁判による命令で天体に関することを書けなかったため、弟子の名を使ってこのことを著している。
オーロラという名称が浸透する以前から、現象そのものは紀元前から様々な地で確認・記録されている。アリストテレスやセネカはオーロラを天が裂けたところであると考えていた。特にアリストテレスは『気象論』で「天の割れ目(CHASMATIS)」と表現した。また、日本では古くは「赤気」「紅気」などと表現されていた。現代日本語では北極近辺のオーロラを北極光、南極近辺のオーロラを南極光と呼ぶこともある。
北アメリカやスカンジナビアではオーロラのことをnorthern lights(北の光、norðurljós、デンマーク語:nordlys、norrsken)と呼ぶが、徐々にauroraも使うようになって来ている。また北極光をnorthern lights、あるいはAurora Borealis(北のオーロラ)、南極光をsouthern lights(南の光)、 あるいはAurora Australis(南のオーロラ)と呼ぶ。オーストラリアではオーロラのことをnorthern lightsと呼ぶ。ときにはAurora polaris(極光、デンマーク語:polarlys、polarsken)と呼ばれることもある。
フィンランド語ではrevontulet(狐の火、狐火)と呼ばれる。サーミの伝説では狐が北極圏の丘を走るとき、尻尾が雪原に放った火花は巻き上がり、夜空の光になるとのことからこう名付けられる。
北欧神話においてオーロラは、夜空を駆けるワルキューレたちの甲冑の輝きだとされる。北欧ではオーロラにより死者の世界と生者の世界が結びついている、と信じている人が未だにいる。またエスキモーの伝説では、生前の行いが良かった人は死後、オーロラの国(実質的に天国)へ旅立つと言われている。
日本の観測史については後述。
そのころ、アンティオコスは再度のエジプト攻撃の準備をしていた。 折から、全市におよそ四十日にわたり、金糸の衣装をまとい、 槍と抜き身の剣で完全武装した騎兵隊が 空中を駆け巡るのが見えるという出来事が起きた。 すなわち、隊を整えた騎兵がおのおの攻撃や突撃をし、 盾が揺れ、槍は林立し、投げ槍が飛び、 金の飾りやさまざまな胸当てがきらめいた。 そこで人は皆、この出現が吉兆であるようにと願った。
中国や西欧ほどの緯度ではオーロラの活動が活発な時にオーロラの上の部分、赤い部分が見える。このことから中世ヨーロッパではオーロラの赤色から血液を連想し、災害や戦争の前触れ、あるいは神の怒りであると解釈していた。また中世までのヨーロッパでは、オーロラを「空に剣や長槍が現れ」て動いた・戦ったと表現することが多い。これはオーロラの縦縞が激しく動くさまを表している。ただし、彗星も空に現れる凶兆とされていたため、オーロラなのか彗星なのか判別できない記述もある。
古代中国ではオーロラは天に住む赤い龍に見立てられ、やはり西洋と同様に政治の大変革や不吉なことの前触れであると信じられていた。古代中国には赤い蛇のような体を持ち、体長が千里におよぶとされる燭陰という神が信じられており、中国の神話学者・何新は、大地の最北極に住む燭陰はオーロラが神格化されたものではないかと論証している。その一方で中国の考古学者・徐明龍は、燭陰を、中国神話の神である祝融と同一神であるとし、太陽神、火神ではないかと述べている。また中国の古文書の中で「天狗」「帰邪」「赤気」「白気」「竜」などと表現されている天文現象の中にも、オーロラのことを指しているのではないかと推測されるものがある。
近代以降、両極を探検した人々がオーロラを記録に残し始めた。ジェームズ・クックは、1773年2月の航海日誌に「天空に光が現れた」と残しており、南半球のオーロラを見た最初のヨーロッパ人であると言われている。
オーロラを世に広く知らしめ、社会のオーロラへの関心を大きく高めた出来事としては、ジョン・フランクリン隊の遭難が挙げられる。フランクリンは北西航路を発見するために1845年に出港し、その後、行方不明となった。消息の途絶えたカナダ北部へとフランクリン隊を探すために多くの救助隊が向かい、そこで見たオーロラを報告書や回顧録に残したのである。
両極を探検した人々もオーロラを手記や記録に残している。フリチョフ・ナンセンの著書や日記にはオーロラを描いた木版画や絵画が掲載されている。またロバート・スコットも日記にオーロラの様子を残している。
折り畳まれ、揺れる光のカーテンが空に立ち上がり、そして広がり、ゆっくり消えて行く。かと思うと、また生き返る。このような美しい現象は、大自然への畏敬の念を持たずに見ることはできない。
オーロラが人の心を動かすのは、なにかとらえ難い、霊妙な生命にあふれたもの、静かな自信に満ちて、それでいて絶えず流れ来るものを暗示することによって、人々の想像力を刺激するからである。
オーロラの発生原理については、古くから多くの科学者たちが解明に努めてきた。特に18世紀から19世紀にかけてのオーロラ研究は電磁気学の誕生と発展そのものである、と言う研究者もいる。
エドモンド・ハレーは1716年3月にオーロラを観測して論文を発表した。ハレーはオーロラの縞模様が球形磁石の磁力線と一致しているのを認識し、「磁気原子」という仮想の原子が地球内部から吹き出してきて、それが磁力線にそって発光するのではないか、という仮説を立てた。フランスのド・メラン(en)はこの説を支持しなかったが、ジョン・ドルトンやジャン=バティスト・ビオは支持した。特にビオは、「磁気原子」の噴出は火山の噴火によるものだと主張した。
ド・メランは1733年にオーロラに関する世界初の学術書を書いた。その中でド・メランは巻雲を原因とする説を退け、地球外物質を原因とした。黄道光を作る物質が地球の大気圏で発火する、という説を唱えたのである。太陽黒点の数とオーロラの発生頻度に相関関係があることを発見したのもド・メランである。また同著の中で、南半球にも北半球とよく似たオーロラが出るのではないかとも述べている。
発生頻度の研究も行われた。イライアス・ルーミス(en)は1859年の太陽嵐をまとめ、1860年にオーロラの発生頻度分布図を作った。図は約1世紀後の国際地球観測年(1957~1958年)により多くの情報を元に作られた分布図と比べても遜色のないほど正確である。スイスのフリッツはルーミスの図を定量化し、一年でオーロラが発生する日数が同じ地点を線で結び、「アイソカズム」と名付けた。
1741年、アンデルス・セルシウスとその助手 Olof Hiorter はオーロラが発生すると地球磁場も変動するということを発見した。またアレクサンダー・フォン・フンボルトは1845年から1862年にかけて刊行された『コスモス』の1章を割いてオーロラについて述べている。彼はベルリンからアルプスの高山から赤道から極地まで地球磁場を準定量的に測り、ロシア帝国とイギリスの王立協会に地磁気観測所を進言して設立させ、地磁気の擾乱が全球的なものであることを突き止めた。そして、世界中の磁場が乱れて高緯度地方に強いオーロラが出たり低緯度地方にオーロラが出たりする現象に対し、フンボルトは「地球磁場のカミナリ」という新しい術語を作った。20世紀に開かれた国際会議により、この現象は「磁気嵐(Magnetic storms)」と再命名された。
19世紀末になると、X線の発見やその研究、またジョゼフ・ジョン・トムソンによる電子の発見に象徴される、真空管を用いた実験が盛んになっていった。トムソンは自著の中で放電管の光とオーロラの光は同一であろうと述べている。ノルウェーの物理学者クリスチャン・ビルケランドは1896年の時点で、太陽から高速で飛んでくる電子が地球の大気に突入して光ったものがオーロラではないかと考えた。そして数多くの遠征や小さな地球を模した磁石(テレラ)による実験(後述)、地磁気擾乱の解析などを経て、1913年に研究結果を1冊の本にまとめた。この本の中で彼は既に、オーロラに沿って流れる大電流について述べている。
カール・ステルマーはビルケランドのテレラを見て数学者から理論物理地球学者に転向し、磁場内での荷電粒子の動きを計算した。しかし算出されたオーロラの発生範囲が実際のオーロラと違うことからステルマーは実測に力を入れ始め、計4万枚のオーロラの写真を撮った。この研究により、オーロラの下端が100km上空にあることが確認された。シドニー・チャップマンは1918年に「磁気嵐の理論の概要」という論文を発表した。その後この論文に対する反論を受けて助手フェラーロとともに1931年、地球の磁気圏は太陽風によって彗星のような形になっているという、チャップマン=フェラーロ理論を発表した。太陽のプラズマの中に「未知のもの」があるはずだというチャップマンに学会は反発したものの、数年後に「未知のもの」とは太陽の磁場であることがわかった。チャップマン=フェラーロ理論は約30年後の1961年、アメリカ合衆国の人工衛星エクスプローラー12号により実証された。
ハンス・アルヴェーンはアルヴェーン波を予言し、「磁場の凍結」という概念を確立したノーベル物理学賞受賞者である。アルヴェーンは「磁場の凍結に固執するから太陽面爆発やオーロラを説明できないのだ」と自らの理論を軽んじて、若い研究者から異端として扱われた。実際に磁場の凍結でオーロラは説明できない。その後チャップマンとアルヴェーンの間で磁気嵐を巡る論争が起こり、チャップマンは「数学的な解に十分な基礎をおかない思索を避けねばならない」といい、アルヴェーンは「プラズマは数式を嫌い、そしてまた数式の示すところに従いたがらない」といい、ステルマーは「オーロラがカーテン状である理由を説明できない理論はオーロラの理論と呼べない。結局私の理論が一番正しいはずである」といった。
オーロラの光そのものを分析し、何が光っているのかを調べる研究もなされていた。だがこのアプローチは、分光学そのものの発展を待たねばならなかった。オーロラ分光学が始まったのは1850年代、そして最も代表的な緑白色の光の波長が正確に測定されたのは約70年後の1923年である。当時の真空放電の装置では緑白色の光を再現できなかったり、分光が不正確で間違った同定がなされたりもした。アルフレート・ヴェーゲナーは、大気の上層には「ゲオコロニウム」という下層に存在しない元素があり、これが発光のもとではないかと考えた。ウィリアム・ラムゼーは著書の中で、「太陽中の放射性元素から放出されて飛来する電子が、大気中のクリプトンを励起することによってオーロラは作られる」と述べている。
Lars Vegard(en)は電離した窒素分子の出す光と電離してない窒素分子から出る光を同定した。また、窒素の放電管実験で出る光のうちにオーロラの中にも見られる光が一つ有ることを発見した。この光はアメリカのKaplanによって同定されたためVegard-Kaplan帯と呼ばれる。アンデルス・オングストロームは19世紀後半、オーロラの分光を行い、オーロラの光は太陽光とは違って、短波長の光と狭い範囲の光の集まりであることを発見したと言われている。そして緑白色の光の波長を556.7nmと測定した。正確には557.7nmである。その後、1925年にこの光が酸素分子から出ていることが発見された。酸素原子の出す光も1930年に同定されるなど、オーロラの元となる気体の大部分が判明していき、大気の上層の組成もまた判明していった。
やがて分光学と磁気嵐の研究は深化するとともに専門化していった。事実上、20世紀半ばの時点ではオーロラの分布や動きに関する研究は全くといっていいほど進んでいなかった。
水素原子の光を同定したガルトラインが1947年に全天カメラを考案しており、国際地球観測年の委員長シドニー・チャップマンは極地全域で全天カメラを撮影することを計画した。さらにチャップマンは全天カメラ研究が一段落ついた1965年頃に、人工衛星から写真を撮ることを提案し、これも後述するように実現した。国際地球観測年ではロケット2基をオーロラの光っている空域へ打ち込み、強力な電子ビームがあることもわかった。
人工的にオーロラを出現させる実験もこの頃に実施された。最初の実験はアメリカ航空宇宙局(NASA)によって1969年に行われた。しかし、この実験以前にも大気中核実験により期せずして人工のオーロラが発生したことがある。
フェルドシュタインはオーロラの発生する地域を1963年に初めて確定し、環状になっていることを突き止めた。太陽から見るとオーロラの環が固定されていることも発見した。赤祖父俊一も全天カメラやジェット機からの撮影によりオーロラの環の存在を示し、フェルドシュタインとともに1971年、発表したものの支持されなかった。しかしカナダのアンガーが人工衛星ISIS IIによって実際に環を撮影すると、この主張は受け入れられた。
日本の電気通信大学や名古屋大学は、ノルウェー北部のトロムソに全天を30秒ごとに撮影するデジタルカメラを2011年9月に設置して撮りためた画像553枚を人工知能(AI)に機械学習させ、オーロラの発生をリアルタイムで検出・通知する「Tromsø AI(トロムソ・アイ)」の運用を始めた。
太陽からは「太陽風」と呼ばれるプラズマの流れが常に地球に吹きつけており、これにより地球の磁気圏は太陽とは反対方向、つまり地球の夜側へと吹き流されている。太陽から放出されたプラズマは地球磁場と相互作用し、複雑な過程を経て磁気圏内に入り、地球磁気圏の夜側に広がる「プラズマシート」と呼ばれる領域を中心として溜まる。このプラズマシート中のプラズマが何らかのきっかけで磁力線に沿って加速し、地球の大気のうち電離層へ高速で降下することがある。大気中の粒子と衝突すると、大気粒子が一旦励起状態になり、それが元の状態に戻るときに発光する。これがオーロラである。発光の原理だけならば、オーロラは蛍光灯やネオンサインと同じである。プラズマシートが地球の夜側に形成されるため、オーロラは基本的に夜間にのみ出現するものである。しかし昼間にもわずかながら出現することがある。
どのようにして太陽風が地球の磁力圏に入り込むのか、なぜプラズマは特定の部分にたまるのか、何がきっかけで加速されるのかなど、発生原理の肝要な部分については未だ統一した見解はない。最も有力な説は、入り込む理由や加速される理由を、地球の磁力線が反対向きの磁力線とくっつくこと(磁気リコネクション)に求める説である。
オーロラが突如として一気に広がる現象をブレイクアップという。日本語ではオーロラ爆発とも訳される。空から光が突然噴出して全天に広がり、色や形の変化が数分間続く。このブレイクアップに関しても、発生原因や発生過程などはあまり分かっていない。
オーロラの色は、宇宙からの粒子が大気に衝突する際に何の成分に当たったかだけではなく、どれくらいの高度で、どれくらいの頻度で、どれくらいの時間をかけて衝突し、どれくらいのエネルギーを与えられて励起し、どの基底状態に戻ったのか、など様々な要素が複雑にからみ合って決まる。さらに、太陽光から特定の波長のみ吸収して起きる(共鳴散乱)オーロラがあるという説もあれば、励起する際に原子軌道から跳ね飛ばされた電子(二次電子)が別の原子を励起して別の色を出すこともある。
しかし実際には観測される色と出現する高度にはおおまかに相関関係がある。なお、オーロラの色の見え方は人によってまちまちである。同じ緑白色のオーロラが人によっては黄緑や緑色に見えたり、ピンクのオーロラが赤色に見えたりする。
高度およそ数百 kmにある窒素分子が、入射してきた電子によりイオン化され、励起・発光すると501.4 nm近辺(緑)と427.8 nm近辺(紫)の光を発する。どちらもオーロラの色に幅がある。青紫色のオーロラは、発光するための機構が複雑だったり、人間の目が不得手な波長だったりすることから、肉眼で観測できるのは非常に珍しい。
高度がおよそ150から200 kmよりも高い領域では大気の密度が低いため、エネルギーの小さい電子でも酸素原子を励起させることができる。酸素原子は少し励起して波長630 nmの光を出す。人の目には赤く見える。
高度およそ100から150 kmの辺りは大気の密度が高く、エネルギーの大きい電子でないと酸素原子を励起させられない。酸素原子は大いに励起してより波長の短い557.7 nmの光を出す。人の目にはこれらの色が混ざり合って緑色や緑白色に見える。高緯度地域では大抵この色のオーロラが見られる。
高度およそ90から100 kmの辺りまで到達するにはよほどオーロラ活動が強くなくてはならない。この高度では酸素よりも窒素のほうが多いため、窒素原子が励起して585.4 nm以下の赤や青の光を出す。人の目にはこれらの色が混ざり合って、緑色のオーロラのカーテンの縁に、ピンクまたは赤紫のフリルが附属しているように見える。このように、降り込む粒子のエネルギーが高いほど、平均的なオーロラの発光高度は低くなる。
太陽活動が活発なときは、たまに日本や中国、西欧のような低緯度地方でも赤いオーロラが観測されることがある。これは磁力線が低緯度側に振れることや、中低緯度地域になると地球の丸みのために上部の赤いオーロラしか見えないこと、オーロラの発光部分の上端が1,000 km以上に伸びることなどと関係がある。
明るさはレイリーで表される。おおよそ1,700 レイリーくらいが肉眼で見えるかどうかの境目である。オーロラの明るさを照度で表すと、普通のオーロラは0.1–0.01 ルクス程度である。最も明るいオーロラでは数ルクスほどになり、満月の明るさに匹敵する。ただし、満月が出ていてもオーロラを見たり撮影したりすることはできる。
オーロラ領域から観測される電磁波は可視光だけではない。紫外線や赤外線、さらにはオーロラキロメートル電波と呼ばれるキロメートル帯の電波など、様々な波長の電磁波が観測されている。電磁波以外にもオーロラはヒトの可聴域よりも低い音(可聴下音、20 Hz 以下)を伝えていることが1960年代から知られている。
オーロラが可聴音を発しているのではないかという点に関しては後述。
オーロラの元である太陽から流れてくるプラズマと地球磁場とが相互作用することにより、起電力が生じる。これはMHD発電と同じ原理であり、太陽風と地球の磁気圏がぶつかるところで発電されている。太陽風が速く、磁場が強く、磁場が南向きの時は発電量が多い。
この「発電所」の出力はおよそ10の12乗ワット、出せる電圧は数百キロボルトであることが推定されている。太陽の活動が活発なときはおよそ10の14乗ワット出力できることも分かっている。オーロラが光るぐらいの高さは電離層という領域である。この層では文字通り、太陽の出す紫外線やX線によって、大気成分の一部が電離している。つまり電流が流れやすくなっている。オーロラを発生させる粒子が降ってくると、大気はさらに電離し、上記の「発電所」を含む回路ができる。そして、オーロラが明るい場所を主として、電流が流れるのである。なお前出の電力と電圧から、電流はおよそ数百万から数千万アンペアと算出されるが、オーロラの中を流れる電流はその内の数百万アンペアである。
ファラデーの電磁誘導の法則から分かるように、電流が流れると磁場が変化する。オーロラ電流による磁場変化を読み取ることにより、極地にいなくてもどれくらいのオーロラ電流が流れているか算出することができる。ただし、電流の強さとオーロラの明るさはおおよそ比例する程度であり、完全に比例するわけではない。
オーロラが引き起こした電磁場の変動により被害が出たこともある。例えば磁場の変動により変電所の変圧器に誘導電流が流れて壊れ、その結果停電が起きたり、パイプラインに誘導電流が流れて腐食したり、伝書鳩が正しい方向へ向かえなくなったりしたことがある。またオーロラの電流が通電する電離層は、電波が伝送・反射する領域でもあるため、オーロラとともに電波障害が起こり、航空機と空港の間で無線連絡が難しくなることもある。
さらにオーロラの電流により電離層の大気が誘導加熱され、熱も出る。上記のオーロラ発電機の出力はこの熱から算出されたものである。オーロラの熱が赤道近辺まで届く大気振動を起こしていることも分かっている。オーロラの熱が水平方向に伝播して気圧配置に関わる可能性も指摘されているが、あまり研究は進んでいない。
オーロラに伴って発生した熱によって大気が膨張し、そこへ人工衛星が突入することがある。大気の密度の違いによって、膨らみに突入した人工衛星の軌道が変わり、墜落したことも何度かある。
オーロラは完全な両極点近傍ではあまり観測されない。地磁気の緯度でいえば、昼側では75度を中心としておよそ77度から78度のあたり、夜側では65度を中心としておよそ68度から70度のあたりに、地球の磁極を取り巻くドーナツ状の領域に発生する。オーロラの発生している領域を「オーロラオーバル」と呼ぶ。昼夜を平均すると地磁気の緯度でおよそ60度から70度のあたりにオーロラがよく発生するので、この領域を「オーロラ帯」(オーロラベルト)という。この領域にオーロラが発生するのは、オーロラ発光の原因であるプラズマ粒子がほぼ磁力線に沿って動く性質を持っているからである。オーロラを起こす粒子の主な供給源はプラズマシートであり、ここから粒子が地球電離層まで磁力線に沿って進入すると、このドーナツ上の領域にたどり着く。よって、オーロラ帯でオーロラが発光しやすいのである。オーロラの活動が活発なとき、オーロラオーバルは大きくなり、より低緯度側に現れる。
オーロラがよく見られる場所として有名な場所としてアラスカのフェアバンクス、カナダのユーコン準州のドーソンシティとノースウエスト準州のイエローナイフ、スウェーデンのキルナなどがあり、多くの観光客や写真家が訪れる。
1980年代に開始された人工衛星による観測で、まるでオーロラベルトの直径を示すかのように夜側から昼側へ延びる形のオーロラが発見され、その形からシータオーロラと命名された。
オーロラは北極と南極で同時に同じような形態(色や形)で発生することが知られている。これは同一の磁力線に沿ってオーロラを起こす粒子が同時に降下するからである。このように同じ磁力線でつながっている地点を共役点という。共役点は地磁気の経緯度が同じである。オーロラ帯の下にあって、地磁気の緯度が同じで、なおかつ南北ともに陸上である地点は、かなり限られている。
1970年代頃、南極にある日本の昭和基地の共役点は、運よく陸上であるアイスランドのレイキャヴィーク付近にあったので、1980年代にアイスランド大学と協力して昭和基地とアイスランドでの同時観測を開始した。その後、2010年には昭和基地の共役点はアイスランド島からはずれてしまったが、共役点観測は2013年まで続けられている。
この観測の結果、同じような形態のオーロラを観測することもあったらしいが、形態の異なるオーロラを観測することもあった。共役点でなぜ異なるオーロラが発生することもあるのかについては、未だ解明されていない。
オーロラは地球の高緯度地域だけで見られ、主に冬に、特に寒い日によく見られる。しかし前述のとおりオーロラは大気圏上層で起きる現象であり、地上の気温は関係ない。
高緯度地域で現れやすいのは地球のオーロラ帯がたまたま高緯度地域にあるからである。夏にあまり見えず冬に見えやすいのは、高緯度地域の極夜および白夜によって空が暗くなるからである。寒い日に見えやすいのは、晴れた日には放射冷却が起こるので、オーロラが綺麗に見えるような快晴時は寒くなりがちだからである。
多様な出現形態を持つオーロラという現象全体をみると、出現時間も多様である。
オーロラは肉眼で見えづらいものを含めれば、一晩中観測することが出来る。統計的には夜12時に近いほど見られやすいということが分かっている。例えばアラスカではブレイクアップ(オーロラ爆発)は夜10時から翌3時までの間に起きやすい。ブレイクアップそのものは普通おおよそ2 - 3分で終わるが、その前もその後もオーロラを見ることは可能である。
オーロラ帯(後述)における典型的なオーロラの出現パターンの例を挙げると、夜21時や22時頃(太陽時)から極側にかすかなオーロラが見え始め、それが次第に低緯度側へ拡大し西の方へ広がっていき、弱い場合は東の方から消滅していくが、強い場合はブレイクアップに伴う鮮やかなオーロラが一時的に現れたあと弱いオーロラが継続し、翌朝6時頃明るくなるに伴い消滅していく。
ただし、例としてオーロラ帯にある南極昭和基地における1957年冬の観測例を見ると、1時間程度で終わってしまう場合もあれば8時間続く場合もあるし、弱いものが続く場合もあれば強弱変化を繰り返す場合もあり、深夜3時になって出現し始める場合もある。また低緯度でオーロラが多発した時期にあたる1957-1958年の日本での観測例を見ると、概ね夜18時-21時(日本標準時)に出現しその日のうちに消滅するものが多く、時間は数分の場合もあれば数時間続いた場合もあった。また極域全体を暈のように覆う形状の弱い光を放つオーロラの例では、強弱を繰り返しながら日を跨いで数日間以上継続する場合がある。
最もオーロラが見える頻度が高い地域では、一年に250日くらい見える。つまり、白夜ではない夜ならばほぼ毎日見られる。一日の内でオーロラが光ったことをカメラ・肉眼で観測した時、オーロラが一回出現したこととすることが多い。
磁北が西半球にあるので、同緯度では北米大陸より出現回数が少ないが、日本でもオーロラを観測できることがある。太陽の活動が活発な時期(後述)には北海道や新潟県で頻繁に、肉眼では観測しづらいが、赤いオーロラが出現する。北海道で北の空を染める赤いオーロラを見た住民が山火事と勘違いして消防車が出動した記録もある。また新潟県で、日本海上空が赤く輝く様子を見て、第九管区海上保安本部が火事ではないかと巡視船を出す騒ぎになったこともある。さらに、肉眼で見えないものも含めれば、比較的低緯度にある日本においても、磁気嵐の時にはオーロラが比較的頻繁に起きていることもわかっている。
北海道の陸別町は1989年10月にオーロラが出現したことを契機として、オーロラを観光資源の一つとしている町である。町域にSuperDARN(スーパー・デュアルオーロラレーダーネットワーク)の短波レーダーがある(北海道-陸別HFレーダー)ほか、道の駅オーロラタウン93りくべつがある。