什麼是極光，為什麼它們會有不同的形狀和顏色？

簡要回答

幾千年來，人類一直觀察在黑暗的夜空中跳舞的美麗光帶，並從中得到啟發。今天，我們把這些光稱為極光：北半球的極光，南半球的極光。

如今，我們知道極光是由來自地球磁層和太陽風的帶電粒子與地球上層大氣中的其他粒子碰撞造成的。這些碰撞激發了大氣中的粒子，然後當它們 "放鬆到未被激發的狀態時釋放出光。
光的顏色對應於大氣粒子釋放的不連續的能量塊，也是在最初的碰撞中吸收了多少能量的一個指標。
極光顯示的頻率和強度與太陽的活動有關，它遵循11年的週期。目前，我們正在接近下一個最大值，預計在2025年。長期以來，北美、歐洲、亞洲和澳大利亞的人們都記錄了這種顯示。
在17世紀，對造成極光的原因的科學解釋開始出現。可能的解釋包括地球大氣層中的空氣從地球的陰影中升起，成為太陽光（伽利略在1619年）和高空冰晶的光反射（勒內-笛卡爾和其他人）。

1716年，英國天文學家埃德蒙-哈雷（Edmund Halley）第一個提出了與地球磁場的可能聯繫。1731年，一位名叫Jean-Jacques d'Ortous de Mairan的法國哲學家注意到太陽黑子的數量和極光之間有一個巧合。他提出，極光與太陽的大氣層有關。
正是在這裏，太陽上的活動與地球上的極光聯繫起來，產生了現在稱為 "太陽物理學 "和 "空間天氣 "的科學領域。
地球的磁場是一個粒子捕集器，最常見的極光來源是在地球磁層內旅行的粒子，磁層是由地球的自然磁場所佔據的空間區域。
地球磁層的圖像通常顯示磁場是如何保護地球免受空間輻射，並排斥太陽風中的大多數干擾。然而，通常沒有強調的是，地球的磁場包含它自己的帶電粒子羣（或 "等離子體"）的事實。

磁層是由從地球上層大氣逸出的帶電粒子和從太陽風進入的帶電粒子組成。這兩種類型的粒子都被困在地球的磁場中。
帶電粒子的運動是由電場和磁場控制的。帶電粒子圍繞着磁場線迴旋，因此，在大尺度上看，磁場線就像等離子體中帶電粒子的 "管道"。
地球的磁場類似於標準的 "偶極子 "磁場，場線在兩極附近聚集在一起。這種場線的聚集實際上改變了粒子的軌跡，有效地將它們轉過來，回到它們來時的路上，這個過程被稱為 "磁鏡"。
地球的磁層在湍流的太陽風中在安靜和穩定的條件下，磁層中的大多數粒子保持被困，愉快地在太空中的南磁極和北磁極之間跳動。然而，如果太陽風中的擾動（如日冕物質拋射）給磁層一個 "重擊"，它就會受到干擾。

被困的粒子被加速，磁場的 "管道 "突然改變。原本愉快地在南北之間彈跳的粒子現在的彈跳位置被移到了較低的高度，那裏的地球大氣層變得更加稠密。
因此，帶電粒子在到達極地時，現在很可能與大氣中的粒子發生碰撞。這被稱為 "粒子降水"。然後，當每一次碰撞發生時，能量被轉移到大氣顆粒上，激發它們。一旦它們放鬆，它們就會發出光，形成我們看到的美麗的極光。在天空中跳舞的驚人的極光顯示是太陽風和磁層之間複雜的相互作用的結果。
極光出現、消失、變亮並形成窗簾、漩渦、柵欄和行波等結構，都是地球磁層與太陽風相互作用時無形的、不斷變化的動態的視覺表現。正如這些視頻所示，極光有各種各樣的顏色。
最常見的是綠色和紅色，它們都是由高層大氣中的氧氣發射出來的。綠色極光對應於接近100公里的高度，而紅色極光在更高的地方，超過200公里。
藍色是由氮氣發出的，它也可以發出一些紅色。由於這些排放物的混合，一系列的粉紅色、紫色甚至白光也是可能的。照片中的極光更加絢麗，因為相機傳感器比人眼更加敏感。具體來説，我們的眼睛在夜間對顏色的敏感度較低。然而，如果極光足夠明亮，對於肉眼來説，它可能是相當壯觀的。
即使在安靜的空間天氣條件下，在高緯度地區，如阿拉斯加、加拿大、斯堪的納維亞半島和南極洲，極光也可能非常突出。當空間天氣干擾發生時，極光可以遷移到更低的緯度，在美國大陸、歐洲中部，甚至澳大利亞南部和大陸都可以看到。空間天氣事件的嚴重程度通常控制着極光可見的地點範圍。最強的事件是最罕見的。