极光是太阳风携带的带电粒子与地球高层大气原子碰撞产生的发光现象。其形成需要三个关键条件：太阳风、地球磁场和大气。当太阳风（主要由质子和电子组成）抵达地球时，大部分被地球磁场偏转，但少量会沿着磁场线被引导至两极，高速撞击距地面80至500公里高空的氧、氮等气体原子。被撞击的原子获得能量进入激发态，当它们返回基态时，便会以特定波长的光释放能量。氧原子释放绿光（最常见）和红光，氮分子则产生蓝光或紫光。极光形态的变幻（如弧状、带状、幕状、射线状）与太阳风强度、磁场扰动及高层大气中的电流体系息息相关。强烈的太阳活动（如日冕物质抛射）会导致地磁暴，使极光范围向中纬度扩展，甚至赤道附近都可能罕见目睹。除了地球，木星、土星等拥有强磁场和大气的气态巨行星上也观测到极光。对极光的研究，是理解日地空间环境、磁层物理的重要窗口，其预报也直接关系到卫星运行、电网安全和极区通信。
