Aurora borealis, jota kutsutaan paremmin aurora borealikseksi, koska sitä esiintyy maan napa-alueilla, on yksi kauneimmista luonnonilmiöistä. Tämän ilmiön ydin on siinä, että aurinkotuuli törmää maapallon magneettikentän suuntaan napoihinsa ja törmää maan ilmakehässä olevien kaasujen atomiin. Tässä törmäyksessä kaasutomi siirtyy viritettyyn tilaan ja vapauttaa energiaa fotonin muodossa - hiukkasena, jolla ei ole massaa eikä varauksia. Nämä fotonit tuottavat aurora borealiksen vaikutuksen.
Mitä syvemmälle aurinkotuulen varautuneet hiukkaset tunkeutuvat maan ilmakehään, sitä useammin ne törmäävät atomien kanssa, koska kaasuatomien pitoisuus kasvaa huomattavasti lähestyessään maapalloa. Vastaavasti vahvemmat ja pidemmät revontulet ovat.
Auroran väri riippuu kahdesta tekijästä: korkeudesta, jossa törmäys tapahtui; kaasutyyppi, jonka atomi on tullut viritettyyn tilaan. Esimerkiksi, jos väri on joko punainen tai vihreä, se tarkoittaa, että aurinkotuulen hiukkaset ovat joutuneet kosketuksiin happiatomien kanssa. Vastaavasti punainen väri tarkoittaa, että se tapahtui suurilla korkeuksilla (yli 200 kilometriä maan päällä) ja vihreä - keskikorkeilla (100-200 kilometriä). Jos väri on sininen tai violetti, se tarkoittaa, että typpiatomit ovat siirtyneet viritettyyn tilaan. Muiden kaasujen atomien innoittamana muodostuneet fotonit ovat melkein erotettavissa, koska typpi ja happi ovat maan ilmakehän massiivisimmat komponentit.
Innoittuneiden happiatomien fotonien tuottama värien ero selitetään seuraavalla kuviolla. Jos törmäävä happiatomi ei törmää toisen happiatomin kanssa sekunnissa, se lähettää vihreän fotonin. Jos tämä törmäys ei tapahdu kahden kokonaisen minuutin sisällä, se lähettää punaisen fotonin. Mutta siinä tapauksessa, että törmäys tapahtuu nopeammin kuin sekunti, fotonia ei muodostu ollenkaan. On helppo ymmärtää, että punainen väri muuttuu vain yli 200 kilometrin korkeudessa, jossa atomien pitoisuus on vähäinen ja niiden törmäyksiä tapahtuu harvoin. No, alle 100 kilometrin korkeudessa törmäyksiä tapahtuu niin usein, että viritetyllä happiatomilla ei ole aikaa pysyä ehjänä edes sekunnin ajan, eikä fotonia muodostu.
Tietenkin mitä voimakkaammat häiriöt auringon ilmakehässä ovat, sitä voimakkaampia aurinkotuulivirrat ovat. Siksi pohjoisen pallonpuoliskon napa-alueiden asukkaiden ja Etelämantereen talveilijoiden on oltava valmiita kuulemaan uudesta auringonvalosta: jonkin ajan kuluttua he näkevät erityisen vahvan ja kauniin auroran.
