Cực quang borealis, được gọi chính xác hơn là cực quang borealis, vì nó xảy ra ở các vùng cực của Trái đất, là một trong những hiện tượng tự nhiên đẹp nhất. Bản chất của hiện tượng này nằm ở chỗ, gió mặt trời, bị từ trường trái đất làm lệch hướng về các cực của nó, va chạm với các nguyên tử khí trong bầu khí quyển của trái đất. Trong vụ va chạm này, nguyên tử khí chuyển sang trạng thái kích thích và giải phóng năng lượng dưới dạng một photon - một hạt không có khối lượng và không có điện tích. Chính những photon này tạo ra hiệu ứng của cực quang borealis.
Các hạt mang điện của gió mặt trời càng thâm nhập sâu vào bầu khí quyển của trái đất, chúng càng thường xuyên va chạm với các nguyên tử hơn, bởi vì nồng độ của các nguyên tử khí tăng lên đáng kể khi chúng tiếp cận bề mặt Trái đất. Theo đó, các ánh sáng phía bắc càng mạnh và kéo dài.
Màu sắc của cực quang phụ thuộc vào hai yếu tố: độ cao mà vụ va chạm xảy ra; loại khí, nguyên tử của nó đã chuyển sang trạng thái kích thích. Ví dụ, nếu màu đỏ hoặc xanh lục, điều đó có nghĩa là các hạt của gió mặt trời đã tiếp xúc với các nguyên tử oxy. Theo đó, màu đỏ có nghĩa là nó xảy ra ở độ cao lớn (hơn 200 km so với Trái đất) và màu xanh lá cây - ở độ cao trung bình (từ 100 đến 200 km). Nếu màu xanh lam hoặc tím, điều này có nghĩa là các nguyên tử nitơ đã chuyển sang trạng thái kích thích. Các photon được hình thành khi các nguyên tử của các khí khác bị kích thích hầu như không thể phân biệt được, vì nitơ và oxy là những thành phần lớn nhất của bầu khí quyển trái đất.
Sự khác biệt về màu sắc được tạo ra bởi các photon của các nguyên tử oxy bị kích thích được giải thích theo mô hình sau. Nếu nguyên tử oxy va chạm không va chạm với một nguyên tử oxy khác trong vòng một giây, nó sẽ phát ra một photon màu xanh lục. Nếu va chạm này không xảy ra trong vòng hai phút, nó sẽ phát ra một photon màu đỏ. Nhưng trong trường hợp va chạm xảy ra nhanh hơn một giây, thì không có photon nào được hình thành. Có thể hiểu đơn giản rằng màu đỏ sẽ chỉ xuất hiện ở độ cao hơn 200 km, nơi mà nồng độ của các nguyên tử không đáng kể và sự va chạm của chúng hiếm khi xảy ra. Chà, ở độ cao dưới 100 km, va chạm xảy ra thường xuyên đến mức một nguyên tử oxy bị kích thích không có thời gian để nguyên vẹn dù chỉ một giây, và không có photon nào được hình thành.
Tất nhiên, các nhiễu động trong bầu khí quyển của Mặt trời càng mạnh thì các luồng gió Mặt trời càng mạnh. Vì vậy, khi nghe tin về một đợt bùng phát mặt trời khác, cư dân của các vùng cực ở Bắc bán cầu, cũng như những người trú đông ở Nam Cực, phải chuẩn bị tinh thần: sau một thời gian, họ sẽ thấy một cực quang đặc biệt mạnh và đẹp.
