オーロラ

世界各地のオーロラの画像。珍しい赤色や青色のオーロラも含まれる。

オーロラ（複数形はauroraeまたはauroras）は、太陽からの荷電粒子が大気中の原子と衝突することによって地球の上層大気で発生する自然の光の現象です。これらの衝突によって酸素と窒素が励起され、緑、赤、紫などのさまざまな色の光を発します。^{[ 1 ]}高緯度地域で観測される場合^{[ 2 ]} 、極光またはオーロラ・ポラリスと呼ばれます。北極では北極光またはオーロラ・ボレアリスと呼ばれ、南極では南極光またはオーロラ・オーストラリスという用語が使用されます。^{[ 3 ] [ 4 ]}オーロラは、カーテン、光線、螺旋、またはダイナミックなちらつきとして空全体を覆う放射光のダイナミックなパターンを示します。^{[ 5 ]}

オーロラは、コロナホールやコロナ質量放出による太陽風の速度増加によって引き起こされる地球磁気圏の擾乱の結果生じる現象です。これらの擾乱は、磁気圏プラズマ中の荷電粒子の軌道を変化させます。これらの粒子（主に電子と陽子）は、上層大気（熱圏／外気圏）に降下します。その結果、大気成分が電離・励起され、様々な色と複雑さを持つ光が放出されます。両極域の周囲に帯状に発生するオーロラの形状は、降下する粒子に与えられる加速量にも左右されます。

太陽系の他の惑星、褐色矮星、彗星、および一部の自然衛星にもオーロラが存在する。^{[ 6 ] [ 7 ]}

オーロラ・ボレアリスという用語は、1621年にフランス全土で見られたオーロラ現象に関するピエール・ガッサンディによる1649年の記述に登場した。ガッサンディはガリレオ・ガリレイの著作を読んでおり、ガリレオは1619年にオーロラに関する広範な著作の中でこの用語を使用していた。^{[ 8 ] [ 9 ]}この用語は1828年に英語に入った。^{[ 10 ]}

オーロラという言葉は、太陽の到来を告げるために東から西へと旅をしたローマの暁の女神アウロラの名前から派生したものです。^{[ 10 ]}オーロラという言葉は、14 世紀に初めて英語で使用されました。^{[ 10 ]}ボレアリスとオーストラリスという言葉は、ギリシャ・ローマ神話の北風の神 (ボレアス) と南風の神 (アウステルまたはオーストラリス)の名前から派生したものです。^{[ 10 ]}

現代のスタイルガイドでは、オーロラ・ボレアリスなどの気象現象の名前は小文字で表記することを推奨しています。 ^{[ 11 ]}現在、米国では「auroras」が複数形としてより一般的ですが、 ^{[ 12 ]} auroraeは元々のラテン語の複数形であり、科学者によってよく使われます。文脈によっては、オーロラは不可算名詞であり、複数のオーロラの目撃を「the aurora」と呼ぶことがあります。

オーロラは、北緯と南緯67度を中心とする緯度約6度（約660 km）幅の帯である「オーロラ帯」 ^{[ 13 ]で最もよく観測されます。 [ 14 ]}現在オーロラが見られる領域は「オーロラ楕円」と呼ばれます。楕円は太陽風によって移動し、正午の方向には地磁気極（地理上の極ではない）から約15度、真夜中の方向には約23度移動します。^{[ 14 ]}楕円の赤道側の最大範囲は、地理上の真夜中からわずかにずれています。楕円の中心は磁極から夜側に約3～5度離れているため、問題の磁極が観測者と太陽の間にあるとき、つまり磁気真夜中と呼ばれるときに、オーロラの弧は赤道に向かって最も遠くまで伸びます。 

地磁気との関連性を示す初期の証拠は、オーロラ観測の統計から得られています。エリアス・ルーミス（1860年）^{[ 15 ]} 、そして後にヘルマン・フリッツ（1881年）^{[ 16 ]}とソフス・トロムホルト（1881年）^{[ 17 ]}がより詳細に、オーロラは主にオーロラ帯に現れることを明らかにしました。

北緯では、この現象はオーロラ・ボレアリスまたは北極光として知られています。南の対応物であるオーロラ・オーストラリスまたは南極光は、オーロラ・ボレアリスとほぼ同じ特徴を持ち、北極圏のオーロラ帯の変化と同時に変化します。^{[ 18 ]}オーロラ・オーストラリスは、南極、パタゴニア、オーストラリア南東部、ニュージーランド、フォークランド諸島の高緯度南緯から見ることができます。オーロラ・ボレアリスは、アラスカ、カナダ、アイスランド、グリーンランド、フェロー諸島、スカンジナビア、フィンランド、スコットランド、ロシアなどの北極圏周辺の地域から見ることができます。地磁気嵐により、オーロラ楕円（北と南）が拡大し、オーロラはより低い緯度または南ではより高い緯度に移動します。まれに、オーロラ・ボレアリスは南は地中海、東アジア、アメリカ合衆国の南部諸州まで見られることがあり、オーロラ・オーストラリスは北はニューカレドニア、南アフリカ、西オーストラリアのピルバラ地域、ウルグアイまで見られることがある。^{[ 19 ]}これまで観測された中で最大の地磁気嵐であるキャリントン・イベントの間、熱帯地方でもオーロラが見られた。

オーロラ楕円内で見られるオーロラは、真上にある場合もあります。遠くから見ると、オーロラは極側の地平線を緑がかった光、あるいは時にはかすかな赤色に照らし、まるで太陽が普段とは違う方向から昇っているように見えます。オーロラはオーロラ帯の極側にも、ぼんやりとした斑点や弧として現れ、目に見えない場合もあります。^{[ 20 ]}

国際宇宙ステーションに滞在中の第28次長期滞在クルーが撮影した南極オーロラの映像

この一連の写真は、2011年9月17日17時22分27秒から17時45分12秒（グリニッジ標準時）にかけて、マダガスカルの南からオーストラリアのすぐ北にかけてのインド洋上空を上昇する飛行中に撮影されたものです。

この一連の写真は、2011年9月7日17時38分03秒から17時49分15秒（グリニッジ標準時）にかけて、南インド洋のフランス領南方・南極地域からオーストラリア南部にかけて撮影されたものです。

この一連の写真は、2011年9月11日13時45分06秒から14時01分51秒（グリニッジ標準時）にかけて、オーストラリア東部付近の降下中の峠から、ニュージーランド東部の上昇中の峠へと旋回する途中で撮影されたものです。

NOAAによる北アメリカとユーラシアの地図

北米

ユーラシア

これらの地図は、2011年10月28日時点の地磁気活動レベルごとの、赤道側の真夜中におけるオーロラの境界を示しています。これらの地図は、地磁気極の位置の変化に伴って変化します_。K指数Kp = 3は比較的低い地磁気活動レベルに対応し、Kp = 9_は高いレベルを表します。

オーロラは、地磁気嵐によってオーロラ楕円が一時的に拡大すると、オーロラ帯より下の緯度でも時折見られます。大規模な地磁気嵐は、11 年周期の太陽黒点周期のピーク時、またはピーク後の 3 年間に最もよく発生します。^{[ 21 ] [ 22 ]}電子は、局所的な地磁気ベクトル B にそれぞれ平行および垂直な速度ベクトルによって決定される角度で磁力線の周りを螺旋状に回転します。この角度は、粒子の「ピッチ角」として知られています。任意の時点での電子の磁力線からの距離、つまり半径は、ラーモア半径として知られています。ピッチ角は、電子が大気に近い磁場強度の強い領域に移動すると大きくなります。したがって、角度が 90° になって大気に入り、そこで密度の高い分子と衝突すると、一部の粒子は戻ってきて、または鏡像になることがあります。鏡像にならない他の粒子は、大気に入り、さまざまな高度でオーロラのショーに寄与します。宇宙からは、他の種類のオーロラも観測されている。例えば、極冠を横切って太陽に向かって伸びる「極方向の弧」、それに関連する「シータオーロラ」^{[ 23 ]}、正午付近の「昼側の弧」などである。これらは比較的まれで、よく理解されていない。脈動するオーロラ、「ブラックオーロラ」、そしてそれとよりまれな「アンチブラックオーロラ」、そして目に見えない赤い弧など、他にも興味深い現象が起こる。これらに加えて、地球を貫通して閉じる磁力線と、尾部に掃き込まれて遠くで閉じる磁力線を分ける2つの極尖点の周囲には、弱い光（しばしば濃い赤色）が観測される。

フォーム

クラーク（2007）によると、地上から見える主な形態は5つあり、見えにくいものから見えやすいものへと順に並べると次のようになる。^{[ 26 ]}

• 地平線付近の淡い光。これらは視界の限界に近い場合があるが、^{[ 27 ]}月光雲とは区別できる。なぜなら、その光を通して星が弱まることなく見えるからである。
• 雲のように見える斑点や表面。
• 弧が空を横切る。
• 光線とは、弧状に走る明暗の縞模様で、上方に様々な長さで伸びている。
• コロナは空の大部分を覆い、空のある一点から放射状に広がっている。

ブレッケ（1994）は、オーロラを「カーテン」と表現したこともある。^{[ 28 ]}カーテンとの類似性は、弧の中にある折り目によってさらに強調されることが多い。弧は断片化したり、分離したりして、時には急速に変化し、しばしば光線状の個別の特徴となり、空全体を覆うことがある。これらは離散オーロラとも呼ばれ、夜に新聞を読むことができるほど明るいこともある。^{[ 29 ]}

これらの形状は、オーロラが地球の磁場によって形作られるという考えと一致しています。弧、光線、カーテン、コロナの外観は、大気の発光部分の形状と観測者の位置によって決まります。^{[ 30 ]}

オーロラの光の色と波長

• 赤: 最高高度では、励起された酸素原子が 630  nm (赤) の光を放出します。原子の濃度が低く、この波長に対する目の感度が低いため、この色は太陽活動がより活発な場合にのみ見えます。酸素原子の数が少なく、濃度が徐々に減少するため、「カーテン」の上部がかすかに見えます。スカーレット、クリムゾン、カーマインがオーロラで最もよく見られる赤色です。^{[ 31 ]}
• 緑色: 高度が低いと、衝突の頻度が高くなるため、630  nm (赤色) モードが抑制され、代わりに 557.7  nm の発光 (緑色) が優勢になります。原子状酸素の濃度がかなり高く、緑色に対する目の感度が高いため、緑色のオーロラが最も一般的です。励起された分子状窒素 (N ₂分子の安定性が高いため、原子状窒素はまれです) がここで役割を果たしており、酸素原子との衝突によってエネルギーを伝達し、酸素原子がそれを緑色の波長で放射します。 (赤色と緑色が混ざり合ってピンク色や黄色になることもあります。) 約 100  km より下で原子状酸素の濃度が急速に減少するため、カーテンの下端が急激に終わるように見えます。557.7 nm と 630.0  nm の波長はどちらも原子状酸素の禁制遷移 に対応しており、フレアとフェードの緩やかな変化 (それぞれ 0.7秒と 107秒) の原因となる遅いメカニズムです 。^{[ 32 ]}

• 青色: さらに低い高度では、原子状酸素はまれで、分子状窒素とイオン化分子状窒素が可視光の放出を担い、スペクトルの赤色と青色の両方の部分で多数の波長で放射し、428  nm (青色) が支配的です。青色と紫色の放出は、通常「カーテン」の下端で、太陽活動が最も活発なときに現れます。^{[ 33 ]}分子状窒素の遷移は、原子状酸素の遷移よりもはるかに速いです。
• 白色/連続光: STEVEのカラー スペクトル^{[ 34 ]}およびオーロラの楕円部分と極側の端^{[ 35 ] [ 36 ]}で白色のオーロラ発光 (しばしば藤色に見える) が観測されている。白色は、これらのオーロラ形態の擬似連続光スペクトルによるもので、光学範囲全体にわたってすべての色の発光を含み、さまざまな分光器で観測されている。
• 紫外線：オーロラからの紫外線放射（可視光の範囲内だが人間の目には見えない）は、必要な機器で観測されている。紫外線オーロラは火星、木星、土星でも観測されている。^{[ 37 ]}
• 赤外線：可視光の範囲内の波長の赤外線放射も、多くのオーロラの一部です。^{[ 37 ] [ 38 ]}
• 黄色とピンクは、赤と緑または青の混合色です。黄色とピンクのオーロラは比較的まれで、太陽活動が活発な時期に発生します。 ^{[ 39 ]}オレンジや金色だけでなく、他の赤色もまれに見られることがあります。赤、緑、青は線形的に独立した色であるため、理論的には加法混色で人間の知覚するほとんどの色を作り出すことができますが、この記事で言及されている色は、ほぼ網羅的なリストを構成しています。

時間の経過とともに変化する

オーロラは時間とともに変化します。夜の間、最初は光として始まり、コロナに向かって進みますが、コロナに達するとは限りません。オーロラは反対の順序で弱まる傾向があります。^{[ 28 ]} 1963 年頃までは、これらの変化は太陽に対して固定されたパターンでの地球の自転によるものと考えられていました。その後、さまざまな場所のオーロラの全天フィルム (国際地球観測年中に収集) を比較することで、オーロラサブストームと呼ばれるプロセスで、オーロラがしばしば地球規模で変化することが分かりました。オーロラは数分でオーロラ楕円全体に沿って静かな弧から暗い側に沿って活発な表示に変化し、1〜3 時間後に徐々に元に戻ります。^{[ 40 ]}時間の経過に伴うオーロラの変化は、一般的にケオグラムを使用して視覚化されます。^{[ 41 ]}

オーロラは、より短い時間スケールでは、その外観や強度を変化させることがあり、変化が非常にゆっくりで気づきにくい場合もあれば、1秒未満のスケールで急速に変化する場合もあります。^{[ 29 ]}脈動オーロラの現象は、通常2～20秒の周期で、短い時間スケールでの強度変化の一例です。このタイプのオーロラは、一般的に、 青色と緑色の発光のピーク発光高度が約8kmまで低下し、太陽風の速度が平均以上（約500km  /s）になることを伴います。^{[ 42 ]}

さまざまな種類のオーロラを引き起こす物理的プロセスを完全に理解するには至っていませんが、基本的な原因は太陽風と地球の磁気圏との相互作用にあります。太陽風の強度の変化は、さまざまな規模の影響を生み出しますが、以下の物理的シナリオの1つ以上が含まれます。

1. 地球の磁気圏を通過する静穏な太陽風は、磁気圏と絶えず相互作用し、反対側の半球では「閉じている」のに対し、「開いている」地磁気力線に太陽風粒子を直接注入し、バウショックを通して拡散させる。また、放射線帯にすでに捕捉されている粒子を大気中に降下させることもある。静穏な状態では、放射線帯から大気中に粒子が失われると、新しい粒子はゆっくりとしか補充されず、損失円錐は枯渇していく。しかし、磁気尾部では、粒子の軌道は絶えず再編成されているように見える。これはおそらく、粒子が赤道付近の非常に弱い磁場を横切る時である。その結果、その領域の電子の流れはほぼすべての方向で同じ（「等方的」）となり、漏れ出る電子の安定した供給が保証される。電子の漏れによって尾部が正に帯電することはない。なぜなら、大気中に失われた漏れ電子はそれぞれ、電離層から上方に引き上げられた低エネルギー電子によって補充されるからである。このような「高温」電子が「低温」電子に置き換わる現象は、熱力学第二法則と完全に一致する。地球の周囲に電気的な環状電流を発生させるこのプロセス全体については、まだ解明されていない。
2. 太陽風の増大による地磁気擾乱は、磁気圏尾部の歪み（「磁気サブストーム」）を引き起こします。これらの「サブストーム」は、惑星間磁場が顕著な南向き成分を持つ状態が長時間（数時間程度）続いた後に発生する傾向があります。これにより、惑星間磁場と地球の磁場との相互接続率が増加します。その結果、太陽風は磁束（磁力線の管状構造で、内部のプラズマと「結合」している）を地球の昼側から磁気圏尾部へと移動させ、太陽風の流れに対する障害物を拡大させ、夜側の尾部を狭めます。最終的に、尾部プラズマの一部は分離し（「磁気リコネクション」）、一部の塊（「プラズモイド」）は下流に押し流されて太陽風とともに運ばれ、他の塊は地球に向かって押し流され、その動きによって主に真夜中頃に強いオーロラの噴出を引き起こします（「アンローディングプロセス」）。相互作用の増大によって発生する地磁気嵐は、地球周辺に閉じ込められたプラズマにさらに多くの粒子を加え、「環電流」の増大も引き起こします。その結果生じる地球磁場の変化は非常に強く、オーロラ帯の磁力線よりも赤道に近い中緯度地域でオーロラが観測されることがあります。

   

3. オーロラの荷電粒子の加速は、オーロラを引き起こす磁気圏擾乱に必ず伴います。このメカニズムは、主に磁場に沿った強い電場、あるいは波動と粒子の相互作用によって生じると考えられており、粒子の速度を誘導磁場の方向に加速させます。これによりピッチ角が小さくなり、粒子が大気中に降下する可能性が高まります。地磁気擾乱が大きくなると発生する電磁波と静電波は、オーロラを維持するエネルギー生成過程に大きく寄与します。粒子加速は、太陽風から大気へエネルギーを間接的に伝達する複雑な中間過程を提供します。

これらの現象の詳細は完全には解明されていません。しかし、オーロラ粒子の主な発生源は、磁気圏に供給される太陽風であり、磁気圏は放射領域と地磁気場によって一時的に磁気的に捕捉された粒子を含む貯蔵庫であり、粒子加速プロセスと結びついていることは明らかです。^{[ 63 ]}

地球は常に太陽風に浸かっている。太陽風とは、太陽の最外層であるコロナの200万度の温度によって、太陽からあらゆる方向に放出される磁化された高温プラズマ（自由電子と正イオンのガス）の流れである。太陽風は通常、約400 km/sの速度、約5イオン/cm³の密度、約2～5 nTの磁場強度で地球に到達する^（ 比較のために、地球の表面磁場は通常30,000～50,000 nTである）。特に磁気嵐の間は、流れが数倍速くなることがあり、惑星間磁場（IMF）もはるかに強くなることがある。ジョーン・ファインマンは1970年代に、太陽風の速度の長期平均が地磁気活動と相関していることを推論した。^{[ 78 ]}彼女の研究は、エクスプローラー33号宇宙船によって収集されたデータに基づいている。

太陽風と磁気圏はプラズマ（電離ガス）で構成されており、プラズマは電気を伝導します。 1830年頃のマイケル・ファラデーの研究以来、電気伝導体を磁場内に置くと、相対運動が磁力線に沿ってではなく、磁力線を横切る方向（または磁力線によって切断される方向）に起こる場合、導体内に電流が誘導されることはよく知られています。電流の強さは、a) 相対運動の速度、b) 磁場の強さ、c) 束ねられた導体の数、d) 導体と磁場の間の距離に依存し、流れの方向は相対運動の方向に依存します。ダイナモはこの基本的なプロセス（「ダイナモ効果」）を利用しており、プラズマやその他の流体を含む、固体または非固体のあらゆる導体がこの影響を受けます。

IMFは太陽に由来し、黒点と関連しており、その磁力線（力線）は太陽風によって引き伸ばされます。それだけでは、磁力線は太陽-地球方向に並ぶ傾向がありますが、太陽の自転により、地球に対して約45度の角度で傾き、黄道面内で螺旋状になります。これはパーカー螺旋として知られています。したがって、地球を通過する磁力線は、通常、いつでも可視太陽の西端（「縁」）付近の磁力線と関連しています。^{[ 79 ]}

太陽風と磁気圏は、互いに相対運動する2つの電気伝導性流体であるため、原理的にはダイナモ作用によって電流を生成し、太陽風の流れからエネルギーを伝達できるはずである。しかし、プラズマは磁力線に沿っては容易に伝導するが、磁力線に垂直な方向には伝導しにくいため、このプロセスは妨げられる。エネルギーは、太陽風の磁力線と磁気圏の磁力線の間の一時的な磁気的接続によってより効率的に伝達される。当然のことながら、このプロセスは磁気リコネクションとして知られている。既に述べたように、これは惑星間磁場が南向き、つまり北磁極と南磁極の内側の領域における地磁気と同じ方向を向いているときに最も容易に発生する。

オーロラは、コロナ質量放出によって太陽風の強度が増加する太陽活動周期の活発な時期に、より頻繁に、より明るく発生する。 ^{[ 80 ]}

磁気圏

地球の磁気圏は、太陽風が地球の磁場に衝突することによって形成されます。これにより流れの障害物が形成され、平均約 70,000  km (地球半径の 11 倍、または R _e ) の距離で流れが逸らされ、^{[ 81 ]}さらに上流12,000 km ～ 15,000 km (1.9 ～ 2.4 R _{e ) の地点で}バウショックが生成されます。地球に隣接する磁気圏の幅は通常 190,000 km (30 R _{e ) であり、夜側では、引き伸ばされた磁力線の長い「磁気尾」が遠く (> 200 R e} )まで伸びています。   

太陽風が地球を通過すると、高緯度磁気圏はプラズマで満たされます。磁気圏へのプラズマの流れは、太陽風の乱流、密度、速度が増加するにつれて大きくなります。この流れは、惑星間磁場の南向き成分によって促進され、高緯度地磁気力線に直接接続することができます。^{[ 82 ]}磁気圏プラズマの流れのパターンは、主に磁気尾部から地球に向かって、地球の周りを回り、昼側の磁気圏界面を通って太陽風に戻るというものです。地球の磁場に垂直に移動するのに加えて、一部の磁気圏プラズマは地球の磁力線に沿って下降し、追加のエネルギーを得て、オーロラ帯で大気に放出します。地球を通過する地磁気力線と遠くで閉じる地磁気力線を分離する磁気圏の尖端により、少量の太陽風が直接大気の上端に到達し、オーロラの光を生み出します。

2008年2月26日、THEMIS探査機は、磁気圏サブストームの発生の引き金となる事象を初めて特定することができた。^{[ 83 ]} 5つの探査機のうち、月までの距離の約3分の1の位置にある2つは、オーロラの強まりの96秒前に磁気リコネクション事象を示唆する事象を測定した。^{[ 84 ]}

オーロラを発生させる地磁気嵐は、春分と秋分の前後の月に多く発生する可能性があります。十分に解明されていませんが、地磁気嵐は地球の季節によって変化する可能性があります。考慮すべき2つの要因は、太陽と地球の自転軸が黄道面に対して傾いていることです。地球は1年間公転する間に、太陽の異なる緯度から8度傾いた惑星間磁場（IMF）を受けます。同様に、地磁気極が日周変動で回転する地球の自転軸の23度の傾きは、1年間を通して入射するIMFに対する地磁気の1日の平均角度を変化させます。これらの要因が組み合わさることで、IMFが磁気圏と結びつく詳細な方法に小さな周期的な変化が生じる可能性があります。その結果、太陽風からのどのエネルギーが地球の内部磁気圏に到達し、オーロラを増強できるかに影響します。2021年の最近の証拠は、個々の独立したサブストームが実際には相関したネットワークコミュニティである可能性があることを示しています。^{[ 85 ]}

オーロラは磁場を持つすべての惑星で観測されている。物理的なメカニズムは同じだが、結果はかなり異なる可能性がある。^{[ 86 ]}

木星と土星はどちらも地球よりも強い磁場を持ち（木星の赤道磁場強度は4.3ガウス、地球は0.3ガウス）、どちらも広範囲にわたる放射線帯を持っています。オーロラは、ハッブル宇宙望遠鏡、カッシーニ探査機、ガリレオ探査機、そして天王星と海王星で観測されています。^{[ 87 ]}

土星のオーロラは、地球のオーロラと同様に、太陽風によって発生していると考えられています。しかし、木星のオーロラはより複雑です。木星のオーロラの主オーロラ帯は、火山活動が活発な衛星イオによって生成されるプラズマと、惑星の磁気圏内でのこのプラズマの輸送に関連しています。木星のオーロラのうち、太陽風によって発生している割合は不明です。さらに、衛星、特にイオも強力なオーロラの発生源です。これらは、回転する惑星と移動する衛星の相対運動によるダイナモ機構によって生成される磁力線に沿った電流（「磁力線に沿った電流」）から生じます。活発な火山活動と電離層を持つイオは特に強力な発生源であり、その電流は電波放射も発生させ、1955年以来研究されています。ハッブル宇宙望遠鏡を用いて、イオ、エウロパ、ガニメデのオーロラが観測されています。

金星と火星でもオーロラが観測されている。金星には磁場がないため、金星のオーロラは、形や強度が変化する明るく拡散した斑点として現れ、時には惑星の円盤全体に広がっている。^{[ 88 ]}金星のオーロラは、太陽風からの電子が夜側の大気と衝突することによって発生する。

2004年8月14日、火星探査機マーズ・エクスプレスに搭載されたSPICAM装置により、火星でオーロラが検出された。オーロラはテラ・キンメリアの東経177度、南緯52度の領域に位置していた。発光領域の総面積は約30km  、高さは約8kmであった。マーズ・グローバル・サーベイヤー のデータを用いて作成された地殻磁気異常マップを解析した結果、発光領域は最も強い磁場が集中している領域と一致していることが分かった。この相関関係から、発光の原因は地殻磁力線に沿って移動する電子の流れであり、火星の上層大気を励起していることが示唆された。^{[ 87 ] [ 89 ]}

マリナー10号とメッセンジャーのミッションにより、水星でX線オーロラが発生していることが観測されているが、 ^{[ 90 ]}水星の外気圏が非常に薄いため、これらの放射は大気ではなく表面で発生している。2023年、ベピコロンボミッションは、水星表面から1200km以内で発生する電磁波を観測し、X線オーロラを発生させると考えられる電子を散乱させた。^{[ 91 ]}

2014年から2016年にかけて、ロゼッタ探査機に搭載された複数の機器によって、67P/チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星のオーロラが観測された。^{[ 92 ]}オーロラは遠紫外線波長で観測された。コマの観測では、彗星のコマ内の水分子の光解離（地球のオーロラのように光電離ではない）によって引き起こされる水素と酸素の原子放出が明らかになった。太陽風からの加速された電子とコマ内のガス粒子との相互作用がオーロラの原因である。67P彗星には磁場がないため、オーロラは彗星の周囲に拡散している。^{[ 93 ]}

ホットジュピターなどの系外惑星は、上層大気で電離を起こし、乱流の対流圏で天候によって変化するオーロラを生成すると考えられている。^{[ 94 ]}しかし、現在、系外惑星のオーロラは検出されていない。

史上初の太陽系外オーロラは、2015年7月に褐色矮星LSR J1835+3259の上で発見された。^{[ 95 ]}主に赤色のオーロラは、大気中の水素と荷電粒子が相互作用した結果、オーロラの100万倍も明るいことがわかった。恒星風が褐色矮星の表面から物質を剥ぎ取り、独自の電子を生成しているのではないかと推測されている。オーロラのもう1つの可能性のある説明は、木星とその衛星イオの場合のように、矮星の周囲にあるまだ検出されていない天体が物質を放出しているというものである。^{[ 96 ]}

2017年に発見された1770年の日本の日記には、古都京都の上空にオーロラが描かれており、この嵐は電信網に影響を与えたキャリントン現象よりも7%大きかった可能性があることが示唆された。^{[ 97 ] [ 98 ]}

1859年8月28日と9月2日に発生したキャリントン現象によるオーロラは、近年の歴史上最も壮観なものと考えられている。バルフォア・スチュワートは、1861年11月21日に王立協会に提出した論文の中で、キュー天文台の自動記録式磁力計によって記録された両方のオーロラ現象について説明し、「この場合、我々の太陽がまさにその瞬間を捉えられたと考えることは不可能ではない」と述べて、1859年9月2日のオーロラ嵐とキャリントン・ホジソンフレア現象との関連性を確立した。^{[ 99 ]} 1859年9月2日に発生した2回目のオーロラ現象は、1859年9月1日に発生した非常に強いキャリントン・ホジソン白色光太陽フレアに伴う（目に見えない）コロナ質量放出の結果でした。この現象によって、オーロラは非常に広範囲に及び、非常に明るく、米国、ヨーロッパ、日本、オーストラリアの各地で科学的な測定、航海日誌、新聞などで目撃され、報告されました。ニューヨーク・タイムズ紙は、1859年9月2日金曜日のボストンではオーロラが「非常に明るく、午後1時頃には普通の印刷物が光で読めるほどだった」と報じました。^{[ 100 ]} 9月2日金曜日の東部標準時午後1時は、グリニッジ標準時午前6時でした。キュー天文台の自動記録式磁力計は、当時1時間経過していた地磁気嵐を最大強度で記録していました。 1859年から1862年にかけて、エリアス・ルーミスはアメリカ科学誌に1859年の大オーロラ博覧会に関する9つの論文シリーズを発表し、オーロラ現象に関する世界中の報告を集めた。^{[ 15 ]}

そのオーロラは、歴史上最も激しいコロナ質量放出の一つによって発生したと考えられている。また、オーロラ活動と電気現象が明確に結び付けられた最初の事例であるという点でも注目に値する。この発見は、当時の科学的な磁力計による測定だけでなく、当時使用されていた125,000マイル（201,000km ）の電信線の大部分が嵐の間、何時間にもわたって著しく途絶したことによっても可能になった。しかし、一部の電信線は、電磁場から十分な地磁気誘導電流を生成するのに適切な長さと向きであったため、電源がオフになった電信技師との通信を継続することができたようだ。^{[ 101 ]} 1859年9月2日の夜、ボストンとメイン州ポートランドを結ぶアメリカ電信線の2人の技師の間で次のような会話が行われ、ボストン・トラベラー紙に掲載された。 

ボストンのオペレーター（ポートランドのオペレーターへ）：「バッテリー（電源）を15分間完全に切断してください。」 ポートランドのオペレーター：「承知いたしました。切断しました。」 ボストン：「私のバッテリーも切断しました。オーロラ電流を利用して通信しています。私の通信は受信できますか？」 ポートランド：「バッテリーを使用している時よりも良好です。電流は徐々に強弱を繰り返します。」 ボストン：「私の電流は時折非常に強くなるため、バッテリーを使用しない方がうまく機能します。オーロラがバッテリーを交互に中和したり増強したりして、リレーの磁石にとって電流が強すぎる時があるようです。このトラブルが続く間は、バッテリーを使用せずに通信しましょう。」 ポートランド：「承知いたしました。業務を進めてもよろしいでしょうか？」 ボストン：「はい。どうぞ。」

会話は約2時間にわたって行われ、バッテリー電源は一切使用せず、オーロラによって誘起される電流のみで動作し、このような方法で1、2語以上の音声が送信されたのは記録上初めてだったと言われている。^{[ 100 ]}こうした出来事から、一般的に次のような結論が導き出された。

オーロラが電信に及ぼす影響は、一般的に電線の動作時に発生する電流を増減させることである。時には完全に電流を中和し、事実上、電線内に流体（電流）が全く検出されなくなることもある。オーロラは、電気ガルバニ電池によって発生するものとあらゆる点で類似した電気物質の塊で構成されているように見える。そこからの電流は電線に流れ込み、変化し、そして消滅する。オーロラの塊は地平線から天頂へと転がり上がる。^{[ 102 ]}

2024年5月、一連の太陽嵐により、イランのフェルドウスの南の地域でもオーロラが観測された。^{[ 103 ] [ 104 ] [ 105 ]}

オーロラに関する最も古い年代が特定できる記録は、紀元前977年または957年に古代中国の歴史を記した歴史書『竹書』に記録されている。 ^{[ 106 ]}紀元前4世紀には、ギリシャの探検家ピュテアス がオーロラについて記述している。 ^{[ 107 ]}セネカは『自然問題』の第1巻でオーロラについて書き、例えば、ピタイ（「樽のような」）、カスマタ（「裂け目のような」）、ポゴニアエ（「髭のある」）、キパリッサエ（「糸杉のような」）などと分類し、その多様な色について記述している。彼はオーロラが雲の上にあるか下にあるかについて書き、ティベリウス帝の時代に、港湾都市オスティアの上空に非常に強烈で赤いオーロラが現れ、近くに消防任務で駐屯していた軍隊の一隊が救助に駆けつけたことを回想している。 ^{[ 108 ]}大プリニウスは『博物誌』の中で、トラベス、カスマ、「落下する赤い炎」、「夜の昼間」について言及しているが、これはオーロラを描写したものだと示唆されている。^{[ 109 ]}

オーロラの最も古い描写は、紀元前3万年に遡るスペイン北部のクロマニョン人の洞窟壁画にある可能性がある。 ^{[ 110 ]}

冬のオーロラに関する最古の記録は紀元前2600年頃に書かれた中国の伝説にあり、秋のオーロラは数世紀後の紀元前2000年頃に記録されている。^{[ 111 ]}

日本の民間伝承では、キジは天からの使者と考えられていた。しかし、日本の総合研究大学院大学と国立極地研究所の研究者らは、2020年3月に、西暦620年に日本の夜空で目撃された「赤いキジの尾」は、磁気嵐の際に発生した赤いオーロラだった可能性があると主張した。^{[ 112 ]}

オーストラリア先住民の伝統では、オーロラ・オーストラリスは火と関連付けられることが多い。例えば、ビクトリア州西部のグンディットマラ族はオーロラをプアエ・ブアエ（「灰」）と呼び、ビクトリア州東部のグナイ族はオーロラを精霊界の山火事と捉えていた。南オーストラリア州のディエリ族は、オーロラの出現をクーチー、つまり大きな火を起こす悪霊だと考えていた。同様に、南オーストラリア州のンガリンジェリ族は、カンガルー島上空で見られるオーロラを「死者の国」の精霊の焚き火と呼んでいた。クイーンズランド州南西部のディエリ族とンガリンジェリ族は、オーロラはオーロラを通して人々に語りかける幽霊のような精霊、ウーラ・ピッカの火だと信じていた。聖なる掟では、男性の長老以外はオーロラを通して伝えられると信じられていた祖先のメッセージを見たり解釈したりすることを禁じていた。^{[ 113 ] [ 114 ]}

ニュージーランドのマオリ族の間では、オーロラ・オーストラリスまたはタフヌイ・ア・ランギ（「空の大きなたいまつ」）は、「氷の国」へ南下した祖先（またはその子孫）によって灯されたとされていました。^{[ 115 ] [ 116 ]}これらの人々は、7世紀頃に南氷洋に到達したウイ・テ・ランギオラの探検隊であったと言われています。^{[ 115 ] [ 117 ]}

スカンジナビアでは、 norðrljós（オーロラ）に関する最初の記述は、西暦1230年のノルウェーの年代記『Konungs Skuggsjá 』に見られる。年代記作者は、グリーンランドから帰還した同胞からこの現象について聞き、3つの可能性のある説明を挙げている。すなわち、海が巨大な炎に囲まれている、太陽フレアが地球を一周して夜側にまで届く、あるいは氷河がエネルギーを蓄えて最終的に蛍光を発する、というものである。^{[ 118 ]}

ウォルター・ウィリアム・ブライアントは著書『ケプラー』（1920年）の中で、ティコ・ブラーエは「オーロラの硫黄蒸気によって引き起こされる感染症を治すために硫黄を勧めていることから、ある種のホメオパシー療法家であったようだ」と述べている。^{[ 119 ]}

1778年、ベンジャミン・フランクリンは論文「オーロラ、その説明のための仮説形成に向けた推測と憶測」の中で、オーロラは極地の電荷の集中が空気中の雪と水分によって強められることで発生するという理論を提唱した。^{[ 120 ] [ 121 ] [ 122 ]}

極地の雲によって運ばれ、そこで凝縮して雪に降り注ぐ大量の電気は、地球に入り込もうとするが氷を透過できない。そこで、（過充電された瓶のように）その低い大気を突き破り、真空の中を赤道に向かって流れ、経度が増すにつれて拡散し、最も密度の高い場所では強く見え、拡散が進むにつれて見えにくくなり、より温暖な気候の地域で地球への通路を見つけるか、あるいは上空の空気と混ざり合うのではないだろうか？

オーロラの影響による方位磁針のリズミカルな動きの観測は、スウェーデンのウプサラ市でアンデルス・セルシウスとオロフ・ヒオルターによって確認された。1741年、ヒオルターは大きな磁気変動と頭上のオーロラの観測を結びつけることができた。この証拠は、「磁気嵐」がそのような方位磁針の変動の原因であるという彼らの理論を裏付けるのに役立った。^{[ 123 ]}

この現象には、さまざまなネイティブアメリカンの神話がまつわる。ヨーロッパの探検家サミュエル・ハーンは1771年にチペワイアン・デネ族と旅をし、エド・シン（「カリブー」）についての彼らの見解を記録した。ハーンによると、デネ族はオーロラとカリブーの毛皮を撫でたときに発生する火花との類似性に気づいた。彼らは、その光は亡くなった友人の魂が空で踊っているものだと信じており、明るく輝くときは亡くなった友人がとても幸せだという意味だった。^{[ 124 ]}

フレデリックスバーグの戦いの翌夜、戦場からオーロラが目撃された。南軍は、オーロラがこれほど南の地域で見られることは稀であったため、これを神が自分たちの味方をしている兆候と捉えた。フレデリック・エドウィン・チャーチの絵画「オーロラ・ボレアリス」は、アメリカ南北戦争の紛争を象徴するものとして広く解釈されている。^{[ 125 ]}

19世紀半ばのイギリスの資料によると、オーロラは18世紀以前にはまれな現象だったという。^{[ 126 ]}ハレーの言葉を引用して、1716年のオーロラ以前には80年以上もそのような現象は記録されておらず、1574年以降は重要なものは何もなかったとしている。フランス科学アカデミー紀要には1666年から1716年の間にオーロラの出現は記録されておらず、1797年のベルリン雑録に記録された1つのオーロラは非常にまれな出来事と呼ばれたとしている。1723年にボローニャで観測されたものは、そこで初めて見られたオーロラだとされている。セルシウス（1733）は、ウプサラの最年長の住民は1716年以前にはオーロラを非常にまれな現象と考えていたと述べている。1645年から1715年頃までの期間は、太陽黒点活動のマウンダー極小期に相当する。

ロバート・W・サービスの風刺詩「オーロラのバラード」（1908年）では、ユーコンの探鉱者がオーロラがラジウム鉱山から発せられる光であることを発見する。彼は採掘権を主張し、投資家を探しに町へ出かける。

1900年代初頭、ノルウェーの科学者クリスティアン・ビルケランドは、地磁気と極オーロラに関する現在の理解の基礎となる理論を開発した。

サーミ人の神話では、オーロラは死に際に自らを傷つけ、その血が空に飛び散ることで発生するとされています。北ユーラシアや北アメリカの多くの先住民族も、オーロラは死者の血であるという同様の信仰を共有しており、中には、戦士たちがゲームをしたり、馬に乗ったり、その他の方法で楽しんだりしているときに、死んだ戦士の血が空に飛び散ることで発生すると信じている人もいます。^{[ 127 ]}

オーロラは、1996年のシンプソンズのエピソードに登場し、スキナー校長がチャルマーズ教育長をブランチに招待する場面で、スキナーのキッチンが火事になると、チャルマーズは「一体何が起こっているんだ？」と言います。 ^{[ 128 ]}スキナーが「オーロラだ」と答えると、チャルマーズはいくつかのミームで引用されているセリフを言います。^{[ 129 ]} 「オーロラ？この時期に、この時間帯に、この地域で、しかもあなたのキッチンの中に限定されているのか？」オーロラの写真を投稿したソーシャルメディアの複数の投稿には、チャルマーズのセリフのバリエーションが含まれていました。^{[ 130 ]}

• 大気光– 惑星の大気による微かな光の放出 
• オーロラ（紋章学）– 紋章図案 
• 太陽物理学― 太陽圏の科学 
• 太陽嵐の一覧
• パッシェンの法則― 気体中の放電に関する物理法則 
• 宇宙竜巻– 太陽風嵐 
• 宇宙天気– 宇宙物理学および大気科学の一分野 

• プロクター、ヘンリー・リチャードソン（1878）。「オーロラ・ポラリス」 。ブリタニカ百科事典。第 3巻（第9 版）。90 ～ 99ページ。 
• チャールズ・クリー（1911年）。「オーロラポラリス」 。ブリタニカ百科事典。 Vol.  2（第11 版）。927–934ページ。 これら2冊には、歴史的な観察と記述の詳細な説明が含まれている。
• Stern, David P. (1996). "宇宙時代における磁気圏物理学の簡潔な歴史" . Reviews of Geophysics . 34 (1): 1– 31. Bibcode : 1996RvGeo..34....1S . doi : 10.1029/95rg03508 .
• Stern, David P.; Peredo, Mauricio. "地球の磁気圏の探査" . phy6.org .
• イザー、ロバート・H. (1980). 『雄大な光：科学、歴史、芸術におけるオーロラ』ワシントンD.C.：アメリカ地球物理学連合。ISBN 978-0-87590-215-9。
• 赤曽府俊一（2002年4月）「オーロラの秘密」アラスカ地理シリーズ29 （ 1）。
• ダグリス、イオアニス、赤曽府俊一（2004年11月）。「オーロラ ― 壮大な北極光」（PDF）。レコーダー。29 （ 9）：45-48 。2020年6月14日にオリジナル（PDF）からアーカイブ済み。代替URL
• サベージ、キャンディス・シャーク（1994）。オーロラ：神秘的な北極光。サンフランシスコ：シエラクラブブックス／ファイアフライブックス。ISBN 978-0-87156-419-1。
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• デイビス、ニール（1992）。オーロラ観測者の手引き。アラスカ大学出版局。ISBN 0-912006-60-9。

• オーロラが見える確率を示す最新の世界地図
• オーロラ – 予報（2016年11月24日アーカイブ）
• アイスランドの気象庁による公式オーロラ予報
• オーロラ – 予測（ 2016年11月25日、 Wayback Machineにアーカイブ済み）
• 太陽地球データ– オンラインコンバーター –オーロラ緯度
• オーロラサービス・ヨーロッパ– ヨーロッパのオーロラ予報（2019年3月11日アーカイブ）
• オーロラのライブウェブストリーム
• 世界最高のオーロラ― ノースウエスト準州は、世界有数のオーロラの聖地です。