Тонкая светящаяся лента, протянувшаяся через ночное небо, на самом деле — это поток невидимых заряженных частиц, врезающихся в разреженный газ высоко над Землей. То, что кажется медленным мазком кисти, на самом деле представляет собой лавину высокоэнергетичных столкновений, разворачивающихся на высотах в сотни километров.

Начало этой истории — на Солнце: там выбросы плазмы посылают в пространство непрерывный поток электронов и ионов, который называют солнечным ветром. Магнитное поле Земли улавливает этот поток и перенаправляет его в гигантские воронки вблизи полюсов — структуру, которую физики называют магнитосферой. Заряженные частицы скользят вдоль силовых линий магнитного поля, разгоняются в узких каналах и устремляются в верхние слои атмосферы, где воздух уже очень разрежен, но мишеней для ударов всё еще достаточно.

Когда электроны врезаются в атомы и молекулы кислорода и азота, при неупругих столкновениях они передают им энергию и возбуждают до более высоких энергетических состояний. Квантовая механика требует, чтобы такие возбужденные атомы затем «расслабились», излучив фотоны строго определенных длин волн — это и есть атомное излучение. Привычные зелёные и красные оттенки дают линии кислорода, а азот добавляет в картину синие и фиолетовые тона. Так безликий поток частиц превращается в живую, переливающуюся завесу, которая лишь напоминает мазки краски, но полностью подчиняется законам физики плазмы и переноса излучения.