极光颜色的物理原理
极光颜色遵循与霓虹灯相同的物理原理。当太阳风中的带电粒子（电子）与大气气体分子碰撞时，会将该分子激发到更高的能级。分子回到基态时，会释放能量并发出光子——而该光子的波长（颜色）由气体性质决定。
决定出现哪种颜色的因素有两个：哪种气体存在，以及在什么高度。大气层的成分和密度随高度变化，因此不同高度带会产生不同颜色。
还有第三个关键因素：碰撞频率。低空空气更稠密时，激发的原子很快就会与其他分子碰撞，从而在发光前失去能量。所以红色极光通常只能在高空出现。
每种极光颜色的解释
从最常见的绿色到极其罕见的红色——每种颜色由什么造成。
绿色
最常见极光的标志性色。氧原子在 100–150 公里的高度上受到太阳风激发后发出 557.7 nm 的绿色光。绿色最常见，因为这个高度的空气既足够密集又足够稀薄，适合持续碰撞和可见光发射。
粉色/洋红
常见于下边缘粉色与洋红色常出现在极光幕布下缘，那里氮分子更丰富。氮发出粉红-红色光，与绿色氧光混合后形成粉色边缘，常出现在强烈极光的下沿。
紫色/紫罗兰
中等风暴紫色来自较低高度约 80–95 公里的分子氮。此处空气更密，碰撞更频繁，分子在发出更长波长（更偏红）光前会很快失去激发能量，因此会表现为紫罗兰和蓝紫色。
蓝色
较少见蓝色极光来自 90–110 公里高度的电离氮（N₂⁺）。它较少见，因为需要更高能量的粒子来电离氮分子。蓝色常与紫色混合，出现在极光较低的带状区域，并在强烈地磁暴期间更容易出现。
红色
罕见——强风暴红色极光稀有且壮观，出现在 200–300 公里的高空。此处氧原子受到激发，但空气极薄，碰撞少，因而有时间发出 630 nm 的红光。通常出现在强烈（Kp 5+）地磁暴时高耸幕布的顶部。
白色/黄色
肉眼可见人眼在黑暗中对绿色最敏感。微弱极光在肉眼中常显得偏白或略带绿色，因为亮度低于锥细胞识别颜色的阈值。长曝光相机则能揭示原本肉眼看似白色的绿色、粉色和紫色。
为什么相机看到的颜色和肉眼不同
人眼的颜色视觉（锥细胞）需要达到一定亮度阈值才能被激活。弱极光在肉眼中常常看起来像白色或浅灰色，而设置 ISO 1600–3200 并使用 5–15 秒曝光的相机则能揭示鲜艳的绿色、粉色和紫色。
强烈极光——Kp 5+——在肉眼中会呈现完整色彩，边缘常可见粉色和紫色。通常在黑夜中，Kp 3 以上时绿色带就已经能看到了。
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