極光(Aurora Borealis)是一種自然現(xiàn)象，主要發(fā)生在地球的磁場與太陽風(fēng)中的帶電粒子相互作用時。以下是極光產(chǎn)生的基本原理：

1. 太陽活動：太陽表面不斷地進行著核聚變反應(yīng)，釋放出大量的能量和帶電粒子，如質(zhì)子、α粒子和電子等。這些帶電粒子會沿著太陽系的磁場線向地球運動。

2. 地球磁場：地球擁有一個強大的磁場，它由地球內(nèi)部的液態(tài)外核產(chǎn)生的電流所產(chǎn)生。這個磁場會將太陽風(fēng)中的帶電粒子引導(dǎo)到地球上空。

3. 粒子與大氣分子相互作用：當帶電粒子進入地球大氣層時，它們與大氣中的分子(如氧、氮等)發(fā)生碰撞，使氣體分子激發(fā)并發(fā)射光子。這些光子在大氣中傳播時受到折射和散射，形成了各種顏色的光輝。

4. 極光的形成：由于地球磁場的特殊性質(zhì)，帶電粒子會被引導(dǎo)到磁力線與地軸之間的區(qū)域。在這個區(qū)域內(nèi)，帶電粒子與大氣分子相互作用，導(dǎo)致氧原子的電子被激發(fā)至高能級。當氧原子重新獲得能量時，會通過輻射躍遷發(fā)出特定波長的光，形成綠色、紅色或紫色的光輝。這就是極光的主要光學(xué)特征。

極光的產(chǎn)生需要追溯到太陽活動。

極光中的光

極光是氣體粒子（在地球大氣中）與帶電粒子（從太陽大氣中釋放）之間碰撞的結(jié)果。顏色變化是由于碰撞的氣體顆粒的類型引起的。最常見的綠色極光是由位于地球上方約60英里處的氧分子產(chǎn)生的。稀有的紅色極光是由高海拔氧氣產(chǎn)生的，高度可達200英里。氮產(chǎn)生藍色或紫色的極光。

來自太陽的高能粒子

通常，是在太陽大氣中存在一個開口時，該開口允許電子和質(zhì)子流出。就極光而言，我們需要大量帶電粒子與地球大氣碰撞以產(chǎn)生生動的顯示效果，因此這通常需要相當大的開口，例如日冕孔或黑子。自從1880年左右以來，就一直懷疑極光與黑子活動之間的聯(lián)系。由于自1950年代以來進行的研究，我們現(xiàn)在知道來自太陽的電子和質(zhì)子是通過“太陽風(fēng)”吹向地球的。

當帶電粒子被太陽風(fēng)吹向地球時，它們會在很大程度上受到地球磁場的偏轉(zhuǎn)。但是，地球的磁場在任一極都較弱，因此一些粒子進入地球大氣并與氣體粒子碰撞。這些碰撞發(fā)出的光被我們看作是極光的舞池。

極光的源區(qū)通常從地球表面上方80公里（50英里）到高達640公里（400英里）。