极光通常在夜间出现在地球南北极附近的高空。因其色彩斑斓，自古以来就被人们所注意、观察和记录。克里斯蒂娜·h·科赫拍摄的极光照片显示绿光。人们还观察到其他颜色的极光，如红色和蓝色，甚至同时混合了不同的颜色。
那么，极光为什么会有不同的颜色呢？不同颜色背后有哪些不同的物理过程？
高空微观粒子的能量跃迁博弈
一般来说，极光是太阳风或磁层中的高能带电粒子进入极地附近的高层大气而产生的自然现象。因为集中在两极附近，所以叫极光。出现在南极的叫做南光，出现在北极的叫做北极光。极光通常呈带状、弧形、幕状和放射状。这些形状有时是稳定的，有时是不断变化的。
根据现代量子力学，微观粒子的能量往往是一个一个的，也就是“量子”，而不是连续变化的。根据量子力学的基本原理，分子根据其内部运动状态可以处于不同的能量状态，每个能量状态都有一定的能量。能量最低的状态称为基态，高于基态的能量称为激发态。它们构成了分子的内能级。高能的激发态可以跃迁到低能态，低能态可以吸收一定的能量，跃迁到高能的激发态。当激发态和基态发生跃迁时，特定波长的光会被吸收或发射，产生分子的电子光谱，分别对应吸收光谱和发射光谱。
总之，分子(包括原子等。)可以吸收或发射特定波长的光来改变能量状态。地球的大气层越高，就越稀薄。具有高空的分子和原子可以发光并产生极光。光的颜色和光的波长有关，所以极光的颜色会和这个过程有关。
绿色是最常见的极光颜色。
绿色极光是最常见的，但是极光的颜色不仅仅是绿色。
这涉及到大气的电离和重组过程。在太阳紫外线、宇宙射线等的作用下。，部分空气体分子因失去电子而带正电，成为正离子；一些分子获得电子，变成负离子。中性大气分子获得电荷的过程称为大气电离。这些带电粒子如离子和电子在碰撞后可能再次变成中性。这个过程叫做重组。
随着海拔高度的增加，大气逐渐变薄，甚至不同的成分分离出来，形成了以氧分子(O2)，甚至氧原子(O)和氮氧化物分子(NO)为主的高度。通过这些电离过程，出现了一些带电粒子，包括氧离子(O+)和羟基自由基(OH-)。
在最高海拔，原子氧占优势，被激发的原子氧(O)往往发出波长为630 nm的光，呈现红色，极光也会呈现红色。因为原子氧的浓度很低，人眼对这个波长的光的敏感度低，所以只有在太阳活动很强的时候才能看到红色极光。
海拔低时，粒子碰撞频繁，抑制了红光形成的过程。被激发的氮分子(N2)通过碰撞将能量转移给氧原子(O)。此时微观粒子的跃迁会发出波长为555.7 nm的光，极光主要呈现绿色。
在这种情况下，当微粒的转变平缓时，发射的光波长仅为428 nm，显示蓝色。
较为罕见的粉色或黄色极光是绿光和红光按一定比例混合而成。
由于红、绿、蓝是颜色加色合成的主色，所以将上述过程组合起来，理论上几乎可以拥有任何颜色的极光。但以上色为主。
此外，极光中还含有红外线和紫外线，但这两者都无法被我们的肉眼识别。
