極光是發生在南北極地區的一種大氣層現象，在太陽活動最劇烈的時候，極光出現的頻率最高，此時，在緯度稍低的地區，如美國北部，中國大陸的東北地區，都可以看見極光。極光的亮度變化很大，會相繼出現各種顏色，從剛好看得見的銀河般的亮度，一直亮到如同滿月般的亮度。在極光亮度最強的時候，甚至會照出物體的影子。極光的分類從科學研究的角度，人們將極光按其形態特徵分成五種：早期人們對極光的了解較有科學想法的人，認為極光是太陽光被天上微小的冰塊反射而成的。但十九世紀，當科學家分析極光的光譜時，發現它與太陽的光譜並不相似，因此否定了這個說法。經由分析，極光的光譜和陰極射線管中的氣體在極高電壓下的放電光譜，如霓虹燈，很相似。從太空上看，北極光便像一個圓周，在地球兩極附近出現，下圖所見，是科學家利用極地人造衛星(Polarsatellite)的紫外線(ultraviolet)儀器拍攝到北極光的照片。極光橢圓圈的分布位置極光的成因因為我們無法看見地球磁場，所以用磁力線來表示它。地球磁場的概念可以用一個棒狀磁鐵來簡單說明。嚴格來說，地球磁場的產生是因為地球外核周圍有帶電荷的液態金屬流動，性質很類似帶電流導線圈。且以不規則的周期每隔幾萬至幾十萬年倒轉一次。如：從火成岩的分析可知，在三萬年以前，地球磁場的方向與目前磁場的方向不同。極光與地球高層大氣和地球磁場的相互作用有關。極光也與太陽最外層大氣噴發出來的高速帶電粒子流有關，這種粒子流通常稱為太陽風（solarwind），太陽風主要是由質子和電子構成。形成極光必不可少的條件是大氣、磁場和太陽風，缺一不可。具備這三個條件的太陽系其他行星，如木星、土星周圍也會產生極光，這已被天文觀測的事實所證明。哈柏太空望遠鏡所拍攝的木星極光帶極光的顏色是地球高層大氣的氣體分子或原子受到來自太陽的高能電子碰撞後發射各種不同波長的光子產生的。簡單來說，分子或原子受電子碰撞後，會被激發至較高的能態，甚至被電離。當離子重新俘獲電子，或分子、原子輾轉回到基態的時候，便會發射某些擁有特定波長的光子。來自太陽的紫外線把氧分子分解成原子，成為了大氣最高層(電離層)的主要成份，這是地球大氣層中主要產生極光的區域。極光的顏色完全決定於高層大氣的氣體成份，在地球大氣中，氧和氮是最重要的主角。最常看到的極光，是綠色的極光。當氧原子受電子激發後，便會產生綠色極光。中性氮分子，發出粉紅色或紫紅色的極光。電離的氮分子則發出紫藍色的光。極光與太陽活動之關係因此，極光的出現與太陽的活動息息相關。太陽的活躍週期為十一年，即每隔十一年，太陽的活躍程度便會到達高峰。在太陽最活躍的時候，它的表面可能發生一些稱為耀斑（flare）的高能爆發，伴隨著爆發的是大量在日冕中的帶電粒子被拋射出太空。這些極高能的粒子可能帶來了比平時大千倍的能量，使極光變得非常燦爛，產生極光的大氣層高度也增加了，甚至在低緯度的地區也可以看到。地球磁場分布在地球周圍，受太陽風的吹拂而被包裹著，形成一個棒槌狀的腔體，它的科學名稱叫做磁層（magnetosphere）。為了更具體一點起見，我們可以把磁層看成是一個巨大無比的電視映像管，它將進入高空大氣的太陽風粒子流匯聚成束，聚焦到地磁的極區。極區上方的大氣就是映像管的螢光幕，極光就好比電視螢幕上移動的圖像。但是，這裡的電視螢幕卻不是20吋或是29吋，而是直徑為40000公里的極區高空上層大氣。通常，在極區地面上的觀眾只能在極區的某個地方見到畫面的五十分之一。在電視映像管中，電子束擊中電視螢幕，因為螢幕上塗有發光物質，會顯示成圖像。同樣，來自空間的電子束，打入極區高空大氣層時，會激發大氣中的分子與原子，導致各種波長的光子產生，人們便見到各種極光的圖像。在電視映像管中，是由正負電極激發出電子束，再由一個電磁鐵偏折電子束，形成活動的圖像。而極光發生時，極光的運動則是由於粒子束受到磁層中電場和磁場變化的作用所造成的。極光不僅是個光學現象，而且會輻射出無線電波，可用雷達進行探測研究。極光不僅是科學研究的重要課題，它還直接影響到無線電通訊、長電纜通訊，以及長電力傳送線等許多實用工程項目。極光還可以影響到氣候，影響生物學過程。當然，極光也還有許許多多沒有解開的謎。當太陽最活躍時，太陽風的帶電粒子以非常高的速度飛向地球，嚴重影響地球的磁場，產生電磁波通訊障礙，也為北極帶來很美麗的北極光。科學家在2000年4月6日拍攝到美麗的北極光，當時月亮、木星、土星和火星在天空中聚在一起，形成一幅美麗的天象。這裏看到北極光是紅色的極光。美國．威斯康辛州上空的極光奮進號太空梭所拍攝的極光與獵戶座極光小短片資料來源一、底邊整齊微微彎曲的圓弧狀極光（弧狀極光）二、有彎扭摺皺的飄帶狀極光帶（帶狀極光）三、如雲朵