根據(jù)關(guān)于極光分布情況的研究，極光區(qū)的形狀不是以地磁極為中心的圓環(huán)狀，而是卵形。極光的光譜線范圍約為3100～6700埃，其中最重要的譜線是5577埃的氧原子綠線，稱為極光綠線。

大多數(shù)極光出現(xiàn)在地球上空90---130千米處。1959年，一次北極光所測得的高度是160千米，寬度超過4800千米。但有些極光要高得多，高度可達560---1000千米以上。

由于地磁場的作用，

極光(20張)

 這些高能粒子轉(zhuǎn)向極區(qū)，所以極光常見于高磁緯地區(qū)。在大約離磁極25°～30°的范圍內(nèi)常出現(xiàn)極光，這個區(qū)域稱為極光區(qū)。在地磁緯度45°～60°之間的區(qū)域稱為弱極光區(qū)，地磁緯度低于45°的區(qū)域稱為微極光區(qū)。

按照極光的形態(tài)分類，可分為勻光弧極光、射線式光柱極光、射線式光弧光帶極光、簾幕狀極光、極光冕等。

按照極光觀測的電磁波波段，可分為光學極光、無線電極光等。

按激光激發(fā)粒子類型，可分為電子極光、質(zhì)子極光等。

按照極光發(fā)生區(qū)域，可分為極蓋極光、極光帶極光 、中緯極光紅弧等

極光出現(xiàn)于星球的高磁緯地區(qū)上空，是一種絢麗多彩的發(fā)光現(xiàn)象。而地球的極光，來自地球磁層和太陽的高能帶電粒子流（太陽風）使高層大氣分子或原子激發(fā)（或電離）而產(chǎn)生。極光產(chǎn)生的條件有三個：大氣、磁場、高能帶電粒子。這三者缺一不可。極光不只在地球上出現(xiàn)，太陽系內(nèi)的其他一些具有磁場的行星上也有極光。[1] 

極光一般只在南北兩極的高緯度地區(qū)出現(xiàn)，但是2010年8月1日的太陽風暴恰好面向地球爆發(fā)，攜帶大量帶電粒子的太陽風準確無誤地“擊中”地球，與地球磁場相互作用產(chǎn)生“磁暴”，使美國密西密歇根州、丹麥和英國等緯度稍低的地區(qū)都能夠看到美麗的北極光景觀。專家稱，這一次的太陽風暴并沒有像事先推測的那樣破壞全球的衛(wèi)星和電信系統(tǒng)，卻給地球帶來一場壯麗的“焰火盛會”。[2] 

許多世紀以來，這一直是人們猜測和

極光(5張)

 探索的天象之謎。從前，愛斯基摩人以為那是鬼神引導死者靈魂上天堂的火炬。13世紀時，人們則認為那是格陵蘭冰原反射的光。到了17世紀，人們才稱它為北極光——北極曙光（在南極所見到的同樣的光稱為南極光）。

隨著科技的進步，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。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”。太陽風是太陽噴射出的帶電粒子，是一束可以覆蓋地球的強大的帶電亞原子顆粒流，因而屬于等離子態(tài)。太陽風在地球上空環(huán)繞地球流動，以大約每秒400公里的速度撞擊地球磁場。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，進入地球的兩極地區(qū)。兩極的高層大氣，受到太陽風的轟擊后會發(fā)出光芒，形成極光。在南極地區(qū)形成的叫南極光，在北極地區(qū)形成的叫北極光。

在過去，有些理論被用來解釋這種現(xiàn)象，但都已經(jīng)過時了：

1.本杰明·佛蘭克林（Benjamin Franklin）的理論：神奇的北極光是濃稠的帶電粒子和極區(qū)強烈的雪和其他的濕氣作用造成的；

2.極光的電子來自太陽發(fā)射的光束。這是克利斯蒂安柏克蘭在1900年提出的說法，她在實驗室用真空室和磁化的地球模型，顯示電子是如何被引導至極區(qū)。這個模型的問題包括本身缺乏在極區(qū)的極光、負電荷本身自行散射這些光束、而且仍然缺乏任何太空中的觀測證據(jù)；

3.破水桶理論：極光是溢流出的輻射帶，這是詹姆斯·范艾倫和工作伙伴大約在1962年首先提出的。他們指出在輻射帶內(nèi)獲得的巨大能量很快就會在極光的漫射中耗盡。不久之后，很明顯地，陷在輻射帶內(nèi)的都是高能的帶正電離子，而在極光內(nèi)幾乎都是能量較低的電子；

4. 極光是太陽風中的粒子被地球的場線引導至大氣層頂端造成的。這適用于極光的尖點，但在尖點之外，太陽風沒有直接的作用。另一方面，太陽風的能量主要都留駐在帶正電的離子，電子只有0.5eV，而在尖點上會上升至50～100eV，這仍然遠低于極光的能量。

1890年，挪威物理學家柏克蘭認為，離地球1.5億千米的 太陽幾乎連續(xù)不斷地向地球放射物質(zhì)點。而離地球5萬千米至6.5萬千米以外有一層磁場將地球罩住。當太陽的質(zhì)點直射這層磁場而被擋住時，它便向地球四周擴散，尋找鉆入的空隙，結(jié)果約有1%的質(zhì)點鉆入北磁極附近的大氣層。每顆太陽質(zhì)點含有等于1000伏特的電力。它們在100千米外的高空大氣層中與原子和多半由氧和氮構(gòu)成的分子相遇，原子吸收了太陽質(zhì)點所含的一部分能量時，立即又將這能量釋放出來而產(chǎn)生極強的光，氧發(fā)出綠色和紅色的光，氮則發(fā)出紫、藍和一些深紅色的光。這些繽紛的色彩組成了綺麗壯觀的極光景象。

許多科學家正在對極光作深入的研究。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況電視畫面。沉降粒子為電視機的電子束，地球大氣為電視屏幕，地球磁場為電子束導向磁場?？茖W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。

極光雖然美麗，但是在地球大氣層中投下的能量，可以與全世界各國發(fā)電廠所產(chǎn)生電容量的總和相比。這種能量常常攪亂無線電和雷達的信號。極光所產(chǎn)生的強力電流，也可以集結(jié)在長途電話線或影響微波的傳播，使電路中的電流局部或完全“損失”，甚至使電力傳輸線受到嚴重干擾，從而使某些地區(qū)暫時失去電力供應(yīng)。怎樣利用極光所產(chǎn)生的能量為人類造福，是當今科學界的一項重要使命。

根據(jù)美國國家航空航天局“瑟宓斯衛(wèi)星任務(wù)”（2007/12）（Themis mission）傳回的新數(shù)據(jù)，科學家發(fā)現(xiàn)太陽釋放的帶電粒子像一道氣流飛向地球，碰到北極上空磁場時又形成若干扭曲的磁場，帶電粒子的能量在瞬間釋放，以燦爛眩目的北極光形式呈現(xiàn)，而地球的極光主要只有紅、綠二色是因為在熱成層的氮氣和氧原子被電子碰撞，分別發(fā)出紅色和綠色光。瑟密斯衛(wèi)星任務(wù)的5個人造衛(wèi)星群于2007年2月成功發(fā)射升空，3月在阿拉斯加和加拿大上空偵測到北極光出現(xiàn)兩小時，同一時間衛(wèi)星也偵測到帶電粒子流接觸到北極磁場。而讓安吉羅波洛斯驚訝的是，帶電粒子和磁場接觸形成的地磁風暴以每分鐘650公里的速度掠過空中，威力相當于芮氏規(guī)模5.5級的地震。

科學家早就懷疑，北極光的能源來自帶電粒子與北極磁場接觸產(chǎn)生的扭曲磁場，但這個理論一直到2010年5月才獲得證實。當時瑟密斯任務(wù)的衛(wèi)星群從地球上空6萬多公里首度測到扭曲磁場的結(jié)構(gòu)。

極光是地球周圍的一種大規(guī)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（Field line）集中到南北兩極。當他們進入極地的高層大氣時，與大氣中的原子和分子碰撞并激發(fā)，產(chǎn)生光芒，形成極光。經(jīng)常出現(xiàn)的地方是在南北緯度67度附近的兩個環(huán)帶狀區(qū)域內(nèi)，阿拉斯加的費爾班（Fairbanks）一年之中有超過200天的極光現(xiàn)象，因此被稱為“北極光首都”。所以極光只能在地球的南北極被看見。

地球磁層磁力線攜帶太陽風的能量進入地球內(nèi)部，進而驅(qū)動了地磁場的形成。在這磁層磁 力線閉合環(huán)路上除了有地球內(nèi)部的導電體之外，另外還有大氣層的電離層-這一弱導電體。當太陽風強烈時，磁力線能量遇到地球內(nèi)部的磁感抗，有許多能量消耗不掉，于是就在電離層處形成了極光。