太阳高能粒子从磁尖区进入大气层
电离层你可能听说，地球大气层的厚度是100公里。实际上这个高度只是因为空气比较稠密而被称为“卡门线”，在这条线往上直到1000公里的高空都存在稀薄的空气，这里是地球极为重要的电离层。
电离层是由于强烈的太阳紫外线、X射线和较短波长的射线照射，辐射能电离了大气层上部的空气分子，剥离原子最外边的电子而形成的离子层。白天电离层较厚，夜晚因为太阳辐射能较低，空气相对稠密地带的自由电子更易被正离子捕获*，F1区消失，只剩下F2区，所以夜晚的电离层要薄一些。
电离层分区的昼夜变化
电离层位于地球磁场的下方，当太阳风的高能粒子冲破磁场的护盾，就会顺着“磁尖”到达地球南北极大气的电离层。
在电离层的F区，有大量分子离子O₂ ⁺、NO⁺和原子离子O⁺，当强烈的地磁风暴袭击这个区域时会破坏它，甚至使F区完全消失。
极光的颜色太阳耀斑和高能粒子喷射产生大量质子，这些携带着强大能量的质子以极快的速度到达地球、挤压地球磁场，其中一部分顺着磁尖到达南北极附近的大气电离层。质子在进入大气层之后会与电离层中的气体离子发生碰撞，从而发出光来。
极光的颜色与空气分子有关
正常情况下，电离层的空气离子并不会释放光子，除非它们捕获自由电子额外获得能量。而当太阳风的高能粒子撞击这些空气离子，会使它立刻跃迁到更高的能级，离子在从高能级回落的过程中会释放出光子。
我们看到颜色的不同主要取决于光子的频率，在可见光的范围里，光子的频率越高、波长越短，它的颜色就更偏向紫色、蓝色和绿色；同样地，光子的频率越低、波长越长，它看起来就显示出橙红色。
不同波长的光子有不同的颜色
当太阳风的质子撞击氮原子时，它会释放出蓝色的光子；氮气分子会释放紫色光子；而当这些高能粒子继续向下，撞击到氧气时，就会发出绿色和黄色的光来。
极光的颜色与海拔高度也有关系，一般来说红色光会出现在250公里以上的高空，绿光通常在100~250公里之间的区域，蓝色和紫色光会出现在100公里左右的地方。
