ปรากฏการออโรราเป็นตัวอย่างปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ที่น่าทึงที่สุดที่เกิดขึ้นในอวกาศที่ใกล้พื้นโลก มันอาจปรากฏจากสิ่งจางๆ เป็นวงนิ่ง แล้วระเบิดออกมาเป็นสีต่าง ๆ พุ่งกระจายภายในเวลาไม่กี่วินาที บางครั้งจะปรากฏเหมือนมันจะแตะกับพื้น หรือในเวลาอื่นอาจเห็นมันพุ่งสูงขึ้นสู่ท้องฟ้า แต่ความจริงแล้ว แสงออโรรานั้นเกิดขึ้นที่ความสูงจากพื้นโลก (altitudes) ประมาณ 100 ถึง 300 กิโลเมตร บริเวณที่อยู่บริเวณบรรยากาศชั้นบนที่อยู่ใกล้กับอวกาศ
สถานที่ปรากฏออโรรา
บริเวณที่เกิดออโรราเป็นบริเวณรูปไข่ (Oval-shape region) รอบๆ ขั้วแม่เหล็กของโลก โดยรูปไข่จะเบ้ไปทางด้านกลางคืนของโลก เมื่อออโรราสงบ รูปไข่จะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3000 กิโลเมตร แต่เมื่อเกิดออโรรารุนแรงขึ้น รูปไข่จะกว้างขึ้นกว่า 4000 หรือ 5000 กิโลเมตร เนื่องจากขั้วแม่เหล็กเหนือของโลกอยู่ทางตอนเหนือของแคนาดา ออโรรา โบเรลลีส (Aurora Borealis) จึงพบมากที่เส้นรุ้ง (Latitude) ที่มีประชากรอาศัยมากในซีกโลก (hemisphere) ตะวันตก ส่วนออโรราออลเตรลีส (Aurora Australis) สามารถมองเห็นได้จากเกาะทัชมาเนีย (Tasmania) และทางตอนใต้ของนิวซีแลนด์
แหล่งที่มาและระดับพลังงานของอนุภาค
ออโรราที่ปรากฏนั้นเกิดจากอนุภาคมีพลังงานเคลื่อนที่ตามเส้นสนามแม่เหล็กมาจากเมกนีโตเทล (Magnetotail) มาสู่บรรยากาศชั้นบน อนุภาคส่วนใหญ่คืออิเล็กตรอน แต่โปรตอนและไอออนอื่น ก็อาจพบได้ เมื่ออนุภาคมีประจุ (Charged Particles) พุ่งมาจาก แมกนีโทสเฟียร์ (Magnetosphere) มาสู่บรรยากาศชั้นบน จะเกิดการชนกับแก๊สที่ไม่มีความสำคัญอะไรที่นั่น
อนุภาคออโรราเป็นเพียงหนึ่งในหลายอนุภาคมีประจุที่กระหน่ำมายังโลก รวมถึงอนุภาคที่มีพลังงานฟลักซ์มหาศาลในช่วง พันล้านอิเล็กตรอนโวลต์ (GeV) หรือล้านอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV) อย่างเช่น รังสีคอสมิค (Cosmic Rays) อนุภาคจากแถบกัมมันตรังสี (Radiation Belt) พลังงานสูง และอนุภาคสุริยะ (Solar Energetic Particles) ส่วนอนุภาคออโรรานั้นเกิดขึ้นในแผ่นพลาสมาแม่เหล็ก (Magnetospheric Plasma Sheet) และมีพลังงานอยู่ในช่วง 1 ถึง 10 พันอิเล็กตรอนโวลต์ (keV) แต่บางทีอาจมีพลังงานมากถึง 100 พันอิเล็กตรอนโวลต์ (keV) และอนุภาคพลังงานต่ำ เช่น ลมสุริยะที่เข้าสู่แมกนีโตสเฟียร์ทาง ซีกโลกกลางวัน (Dayside Cusp ) ใกล้กับขั้วแม่เหล็กโลก เป็นต้น ความลึกที่อนุภาคเหล่านี้จะเจาะเข้าไปในชั้นบรรยากาศ ขึ้นอยู่กับพลังงานของมัน ยิ่งพลังงานมากยิ่งเข้าได้ลึก รังสีคอสมิค สามารถเดินทางไปถึงชั้นบรรยากาศโทรโพสเฟียร์ (Troposphere) หรืออาจลึกไปถึงพื้นโลก อนุภาคจากแถบกัมมันตรังสีและอนุภาคสุริยะพลังงานสูง เข้ามาได้ถึงชั้นสตราโตสเฟียร์ (Stratosphere) และชั้นมีโซสเฟียร์ (Mesosphere) ส่วนออโรรานั้นมาได้แค่ชั้นเทอร์โมสเฟียร์ (Thermosphere) ซึ่งสูงประมาณ 100 กิโลเมตร นั่นทำให้ออโรราเกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศนี้
สีของออโรรา
ในบรรยากาศประกอบด้วยไนโตรเจน และ ออกซิเจน เป็นหลัก อนุภาคของแก๊สเหล่านี้จะปลดปล่อยโฟตอนซึ่งมีความยาวคลื่นคงที่ เมื่ออนุภาคมีประจุไฟฟ้า กระตุ้นแก๊สในบรรยากาศ อิเล็กตรอนจะเริ่มเคลื่อนที่รูปนิวเคลียสในวงโคจรที่เปลี่ยนแปลงไป เพราะมีพลังงานเหลือเฟือ อนุภาคที่ถูกกระตุ้นจะไม่เสถียรและจะปลดปล่อย พลังงานออกมาในรูปของแสง เรียกว่าแสงนี้ว่า ออโรรา
แสงสีเขียวเข้ม เกิดที่ความสูง (Altitudes) ที่ 120 ถึง 180 กิโลเมตร แสงเหนือสีแดงปรากฏที่ความสูงที่สูงกว่า ส่วนสีฟ้า และม่วงปรากฏที่ความสูงต่ำกว่า 120 กิโลเมตร เมื่อเกิดพายุสุริยะ 000 แสงสีแดงจะปรากฏที่ความสูงตั้งแต่ 90 ถึง 100 กิโลเมตร
เมื่อออโรราจางลง มันจะปรากฏเป็นสีขาวเมื่อมองด้วยตาเปล่า เมื่อมันสว่างขึ้น สีจึงมองเห็นขึ้นมา และสีเขียวซีดที่เป็นเอกลักษณ์ของมันจะมองเห็นขึ้นมา
เมื่อมีความหนาแน่นมากขึ้น ในบริเวณที่ต่ำลงมาจะมองเห็นเป็นสีเขียวสด และ สีแดงจางๆ จะมองเห็นที่ความสูงมากๆ
เหนือชั้นบรรยากาศขึ้นไป 100 กิโลเมตร ประกอบด้วยโมเลกุลไนโตรเจนและออกซิเจนเป็นส่วนใหญ่ ซึ่ง ไนโตเจนจะมีมากที่ความสูง 10 กิโลเมตร และออกซิเจน มีมากที่ 200 กิโลเมตร เส้นกราฟสีเขียวแสดงความหนาแน่นของก๊าซออกซิเจนและสีม่วงแสดงความหนาแน่นของก๊าซไนโตรเจน ณ ความสูงต่าง ๆ ในชั้นบรรยากาศเทอโมสเฟียร์ เมื่ออะตอมออกซิเจนถูกกระตุ้น มันจะปล่อยแสงมากมายหลายสีออกมาก แต่สีที่ที่ส ว่างที่สุดคือที่แดงและสีเขียว
คลิป : สารคดีออโรราปรากฎการณ์แสงเหนือแสงใต้เกิดขึ้นได้อย่างไร
