极光通常出现在高磁纬地区，在背阳侧主要在100～150千米的高空，在向阳侧主要在200～450千米高度范围内。在地磁活动时期，特别是大的地磁活动时，极光极为壮观。背阳面发生的极光与磁层亚暴密切有关，是亚暴的主要现象之一。在磁暴期间，极光可以延伸到纬度较低的地区。在北半球，人们总是从北边天空看到极光，称为北极光（图1）。南半球看到的极光称为南极光（图2）。

图1 芬兰上空的北极光

图2 南极光

极光景色壮观，绚丽多姿。如果从地面上观察，极光可分为4种几何形状：①均匀的较稳定的光弧光带，它们沿磁纬方向分布，极盖区近似沿太阳方向，厚度几千米至几十千米，长达1000千米，移动速度慢，氧原子绿线强度约几万瑞利。②带有射线式结构的光帘幕、光弧、光柱和光带等，日冕状光块也属于这类。它们沿磁力线方向分布，平均厚度约200米，并随亮度增加而变薄，长数十至数百千米，移动速度快（50千米/秒），氧绿线强度在100万瑞利以内。③弥漫状极光，主要指云形斑块群，沿磁纬方向分布，每块光斑面积在100平方千米左右，亮度最低，氧原子绿线强度约几十瑞利，只有很强的弥漫状极光，才能被肉眼看见。④大的均匀发光面，常见的红色极光光面就属于这一类。如果从卫星上拍照，通常只能分辨出两种极光：结构清楚的极光和弥漫状极光。前者主要是射线式结构的光弧、光带、光柱和帘幕，它们比较明亮；后者指云形斑块和弱的光弧、光带。

极光按观测的电磁波波段分为光学极光和无线电极光。在光学极光中，主要为可见极光和X射线极光。可见极光有3种基本类型：①红色极光（A型极光）。多弥漫状光弧光面，主要是能量小于1000电子伏的电子激发的，一般分布在200～400千米高空，个别可伸向1000千米高度。②白绿色极光（普通型极光）。多数情况下呈现白绿色或浅黄绿色。它没有固定的几何形状，但多为射线式结构，是由能量为1000～10000电子伏的电子激发的，分布高度下缘在100千米左右，上限为140～180千米。③下缘为红色的极光（B型极光）。多射线式结构，为能量大于1万～3万电子伏的电子激发的，分布高度下缘在90～110千米，但个别低至65千米。高能电子在突然受到较稠密的大气成分阻滞时可产生X射线，称X射线极光，它是电子的轫致辐射，可以穿透到很低的高度（30～40千米）。 

极光按激发粒子类型分为电子极光和质子极光。电子注入地球高层大气时激发的极光称为电子极光。电子与氮分子、氧分子、氧原子等相撞时，导致后者电离、激发和离解，产生暗红色极光。高能质子注入地球高层大气时，质子被减速，变成激发态的氢原子，然后发射在紫外波段或红外波段，这种极光称为质子极光。质子极光呈微弱的弥漫状光带，肉眼不易看见，仅在300～500千米的高度范围内观测到。质子极光和电子极光可以同时出现。 

极光按发生区域分为极光带极光、极盖极光和中纬度极光红弧。极光带极光通常指磁纬60°～70°夜间经常看到的极光，多为普通型极光和B型极光。极盖极光是磁纬75°～90°白天经常看到的极光。它的主要光谱成分是红光，可伸向1000千米高度，蓝紫光是另一重要光谱成分。还有一种极盖极光，是太阳耀斑爆发后喷出的100万～1亿电子伏的高能质子造成的，它均匀地覆盖在极地上空（有时延伸到磁纬60°），伴随云形光斑块。中纬度极光红弧是磁纬41°～60°地区在地磁活动增强期间可以看到的极光。红弧强度最大值在400千米附近，是一个南北长600千米、东西长1000千米以上的围绕地球的均匀弧，一般肉眼看不见，只有当红弧较强时才看得见。 

一种特殊形式的极光是θ极光。从高轨道卫星上看，极光弧跨越极盖从白天向夜间扩展，形成闭合的极光椭圆，其形状很像希腊字母θ。这种极光仅在行星际磁场北向时才能观测到，对其成因还不十分清楚。 

通过对100多年观测数据的分析发现，极光是一种周期性的现象。极光出现的频率与太阳黑子数有密切的关系。在太阳黑子数最大年份，极光活动频繁，且极光在极区的扩展范围大。在太阳黑子数最小年份，极光出现稀少，空间扩展范围小。 

极光区电离层可以看作太阳活动和地磁活动的屏幕，许多复杂的空间物理现象都可以从这个屏幕上显示出来。通过对极光强度、颜色和分布的观测，可以定量地确定粒子沉降、极区电离层加热等参数，这对于预报空间环境的变化是非常重要的。