Полярното сияние, което по-правилно би било наречено сияние, тъй като се среща в полярните райони на Земята, е едно от най-красивите природни явления. Същността на това явление се крие във факта, че слънчевият вятър, отклонен от земното магнитно поле към своите полюси, се сблъсква с атомите на газове в земната атмосфера. При този сблъсък газовият атом преминава в възбудено състояние и освобождава енергия под формата на фотон - частица, която няма маса и няма заряди. Именно тези фотони произвеждат ефекта на северното сияние.
Колкото по-дълбоко заредените частици от слънчевия вятър проникват в земната атмосфера, толкова по-често те се сблъскват с атоми, тъй като концентрацията на газовите атоми забележимо се увеличава, когато се приближават до повърхността на Земята. Съответно, по-силно и по-дълго ще бъде северното сияние.
Цветът на сиянието зависи от два фактора: височината, на която е настъпил сблъсъкът; вида газ, атомът на който е дошъл до възбудено състояние. Например, ако цветът е червен или зелен, това означава, че частиците от слънчевия вятър са влезли в контакт с кислородни атоми. Съответно червеният цвят означава, че това се е случило на голяма надморска височина (над 200 километра над Земята), а зеленият - на средна височина (от 100 до 200 километра). Ако цветът е син или виолетов, това означава, че азотните атоми са влезли във възбудено състояние. Фотоните, образувани при възбуждане на атомите на други газове, са почти неразличими, тъй като азотът и кислородът са най-масивните компоненти на земната атмосфера.
Разликата в цветовете, получени от фотони на възбудени кислородни атоми, се обяснява със следния модел. Ако сблъскващият се кислороден атом не се сблъска с друг кислороден атом в рамките на една секунда, той ще излъчи зелен фотон. Ако този сблъсък не се случи в рамките на цели две минути, той ще излъчи червен фотон. Но в случай, че сблъсъкът се случи по-бързо от секунда, изобщо не се образува фотон. Лесно е да се разбере, че червеният цвят ще се появи само на височини над 200 километра, където концентрацията на атоми е незначителна и техните сблъсъци рядко се случват. Е, на височина, по-малка от 100 километра, сблъсъците се случват толкова често, че възбуденият кислороден атом няма време да остане непокътнат дори за секунда и не се образува фотон.
Разбира се, колкото по-силни са нарушенията в атмосферата на Слънцето, толкова по-силни са слънчевите потоци от вятъра. Следователно, след като чуят за друг слънчев изблик, жителите на полярните райони в северното полукълбо, както и зимуващите в Антарктида, трябва да бъдат подготвени: след известно време те ще видят особено силна и красива сияние.
