Polárna žiara, ktorá by sa presnejšie nazývala polárna žiara, pretože sa vyskytuje v polárnych oblastiach Zeme, je jedným z najkrajších prírodných úkazov. Podstata tohto javu spočíva v tom, že slnečný vietor, ktorý je vychýlený magnetickým poľom zeme smerom k jeho pólom, naráža na atómy plynov v zemskej atmosfére. Pri tejto zrážke atóm plynu prechádza do excitovaného stavu a uvoľňuje energiu vo forme fotónu - častice, ktorá nemá hmotnosť a náboje. Práve tieto fotóny vytvárajú účinok polárnej žiary.
Čím hlbšie nabité častice slnečného vetra prenikajú do zemskej atmosféry, tým častejšie narážajú na atómy, pretože koncentrácia atómov plynu sa zreteľne zvyšuje, keď sa priblížia k povrchu Zeme. V súlade s tým bude silnejšia a dlhšia polárna žiara.
Farba polárnej žiary závisí od dvoch faktorov: výšky, v ktorej došlo ku kolízii; druh plynu, ktorého atóm sa dostal do excitovaného stavu. Napríklad ak je farba červená alebo zelená, znamená to, že častice slnečného vetra prišli do styku s atómami kyslíka. Podľa toho červená farba znamená, že sa to stalo vo vysokej nadmorskej výške (viac ako 200 kilometrov nad Zemou) a zelená - v stredných nadmorských výškach (od 100 do 200 kilometrov). Ak je farba modrá alebo fialová, znamená to, že atómy dusíka sa dostali do excitovaného stavu. Fotóny, ktoré vznikajú pri excitácii atómov iných plynov, sú takmer nerozoznateľné, pretože dusík a kyslík sú najmasovejšou zložkou zemskej atmosféry.
Rozdiel vo farbách produkovaných fotónmi excitovaných atómov kyslíka je vysvetlený nasledujúcim vzorom. Ak sa zrážajúci atóm kyslíka nezrazí s iným atómom kyslíka do jednej sekundy, vydá zelený fotón. Ak k tejto kolízii nedôjde do dvoch celých minút, vydá červený fotón. Ale v prípade, že ku kolízii dôjde rýchlejšie ako sekundu, nevznikne vôbec žiadny fotón. Je ľahké pochopiť, že červená farba sa prejaví až vo výškach nad 200 kilometrov, kde je koncentrácia atómov zanedbateľná a k ich kolíziám dochádza zriedka. No, vo výške menej ako 100 kilometrov dochádza ku kolíziám tak často, že excitovaný atóm kyslíka nestihne zostať nedotknutý ani na sekundu a nevznikne žiadny fotón.
Čím silnejšie sú poruchy v slnečnej atmosfére, tým silnejšie sú toky slnečného vetra. Preto, keď sa dozvieme o ďalšom slnečnom svetle, musia byť obyvatelia polárnych oblastí na severnej pologuli aj zimovníci v Antarktíde pripravení: po chvíli uvidia obzvlášť silnú a krásnu polárnu žiaru.
