Тонкая светящаяся лента над Лофотенскими островами в Норвегии — не оптический обман, а точный «фильтр по высоте», заданный законами физики. Эффект «прожектора» у полярного сияния возникает потому, że заряженные частицы из околоземного космического пространства сталкиваются с атомами и молекулами лишь в узком слое верхней атмосферы.

Когда энергичные электроны скользят вдоль линий магнитного поля Земли, они врываются в ионосферу и передают энергию кислороду и азоту через возбуждение атомов. Ключевая деталь здесь — высота. В определённых диапазонах высот соотношение между столкновениями и временем жизни возбуждённых состояний меняется, поэтому каждый тип частиц либо успевает эффективно излучить свет, либо его энергия гасится до того, как появится свечение.

Зелёные авроры обычно следуют за линией излучения атомарного кислорода, возникающей, когда возбуждённые атомы O возвращаются в более низкое энергетическое состояние и испускают фотоны после сравнительно «долго живущего» состояния. Ещё выше красное свечение возникает из‑за других переходов кислорода, где более разреженный воздух снижает вероятность столкновительного тушения излучения. Азот и ионизированные молекулы азота добавляют фиолетовые и пурпурные края там, где их дискретный спектр излучения попадает в диапазон видимости человеческого глаза.

В результате формируется как бы многослойная, невидимая архитектура уровней энергии и плотности воздуха. Геометрия магнитного поля собирает заряженные частицы в дуги, а квантовые правила отбора и местное давление определяют, какой цвет может «выжить» на какой высоте. Для наблюдателей на Лофотенах это сложное взаимодействие выглядит просто как чёткая светящаяся полоса, висящая в тёмном небе.