时值北半球的冬季，寒冷中的人们，都希望有一条温暖的围脖。极光发生的区域，是磁极点周围的一个圈，就像一条围在地球上空的围脖。
之所以中国古代有多次极光记录，而最近几百年里，极光却被欧洲人频繁观测和研究，可能是由于地磁场南北磁极的漂移所造成的。几千年前的古代，地磁北极向中国倾斜，所以中国更容易看到极光；随着磁极点的西向漂移，地磁北极逐渐向欧洲倾斜，使欧洲在近代更多地记录到了极光现象，也开启了人类对极光科学原理的早期探索。因为人们在夜晚看到的极光都在遥远的北方，所以称为“北方的光”或者“北方的黎明”。人们也因此想当然地认为：越往北，这种极光越多、越强。英国探险家富兰克林（John Franklin， 1786-1847）在他22岁时就进入了北极地区探险。1819-1822年，富兰克林带着探险队在加拿大西北部的科珀曼河（Coppermine River）探险期间，发现头顶上的极光并不是越往北越强，当他到达足够北的地方时，记录了发生在南方天空的极光。这促使人们思考，极光最强的地方似乎不是在北极点。1860年，美国科学家卢米斯（Elias Loomis）最早明确指出，极光发生的区域是一个围绕磁极点的一个椭圆形带状区域。极光的这一分布特点，也在后来的卫星观测中得到证实。而形成这一现象的原因，就是因为地球磁场和太阳风的相互作用，更具体地说，就是磁场重联机制在起作用。
磁场是电流周围产生的客观存在的场，磁场携带着能量和动量。当方向相反的磁场相遇时，就会抵消。而在等离子体中，如果方向相反的磁场相互靠近时，就会改变磁场的拓扑结构，从而发生磁场重联。地球外核的旋转会在科里奥利力的作用下产生等效的西向电流，进而产生偶极子形态的地球磁场，向空间中无限延伸。这种偶极子形态的磁场本来是轴对称的，但当它遇到高速运动的太阳风时，就会被太阳风“吹歪了发型”，向阳面被压缩成球面形状，背阳面被拉伸长长的圆筒形状，并且被限制在一个被称为磁层的空腔内。在向阳面，地球磁场是由南向北的。如果太阳风携带的太阳磁场在这里是由北向南的，那么就具备了两个方向相反的磁场位型，从而为磁场重联创造了条件。英国科学家邓基（Jim Dungey）最早在1961年设想了这样的情景：向阳面的地球磁场与太阳风带来的“外来”的南向磁场——行星际磁场相互靠近，在磁层的边界上握手、断开、重新连结，从而使外来的行星际磁场与地球磁场连结，并被太阳风带向背阳面，背阳面的磁力线越来越多，就会向中间的磁赤道面拥挤，形成中性面。由于中性面两侧的磁场分别来自南北两极，方向相反，这样就会在背阳面的中性面附近再次发生磁场的握手、断开、重新连结，新连结的磁力线再次形成闭合结构，从而形成了磁力线从向阳面断开、在背阳面堆积、在背阳侧的中性面重新连结、再次闭合并向着向阳面运动的一个完整的闭环循环过程。这个过程就是邓基循环（Dungey Cycle）。
图1.邓基循环形成的磁层中的磁力线结构。
由于邓基循环把向阳面的地球磁力线掐断，分南北两个分支向夜测运动，经过了南北极尖区，在尾侧形成南北两个尾瓣。它们之间像三明治一样夹着等离子体片，这里储存着能量较高的等离子体。这些能量较高的热等离子体，本来也来自太阳，但是经过地球磁层的加热作用，增加了能量，变成了热等离子体。这些热等离子体被磁场束缚着，当磁场受到尾瓣挤压而再次发生磁重联的时候，形成的闭合磁力线就携带着这些热等离子向地球附近收缩，向弹弓一样把附着其上的热等离子体弹射进入极区大气层，与空气分子碰撞产生不同颜色的极光。由于地球磁场的结构特征，尾瓣的磁力线通向南北两极的一个椭圆形区域，而等离子体片中的磁力线，则分别与这个椭圆形区域的边缘相连结。而这些磁力线又处于由尾瓣的开放磁力线经过磁场重联而向闭合磁力线转化的动态区域，所以等离子体片就像一条围脖，被磁赤道所对应的中性片分成南北两条围脖，带着太空深处的温暖，沿着磁力线围到了南北两极的极盖区周围，形成极光椭圆，并在极光椭圆区域内的高空，上演一场绚丽多姿的极光秀。从极光椭圆的晨侧、夜测和昏侧所发出的三根磁力线，分别与磁尾等离子体片的晨侧、午夜和昏侧相连结，就像东方不败练就的葵花宝典，通过丝线来发力。由于南北两极的磁场是汇聚的，极尖区被向阳面的闭合磁力线与被吹到夜测的开放磁力线分隔开，形成两个漏斗状区域。太阳风可以直接从极尖区进入大气层，这部分区域通往激光椭圆的向阳面很窄的一部分，与来自夜测等离子体的围脖一起，围成了闭合的极光椭圆，共同构成了一条完整的温暖的围脖。
太阳风从太阳的日冕层中吹出来，到达地球附近，经过了地球磁场的引导和加速过程后，沿着磁力线进入南北两极的极光椭圆上空的大气层，与大气层中特定的几种分子、原子和离子碰撞，发出特定的几种颜色的光，这就是极光。极光椭圆是同一个时刻极光在地球两极上空的分布区域，它围绕在极盖区周围，包围着磁极点。极光椭圆沿着磁力线通往夜测的等离子体片，也就是遥远太空里为寒冷的南北两极准备的两条围脖。
有人说，没有亲眼看到过极光的人，就没有资格从事空间物理学研究。这虽然有些狭隘，但也道出了极光在空间物理学中的重要地位。科学家的工作就是探索未知，科学家也具有普通人的精神世界。飘飘荡荡、绚丽多彩、神秘莫测的极光在眼前闪现时，即便了解了极光的科学原理，极光也会触及人们的内心，触动人们的精神，似乎这些光带是来自另一个世界的寄托，抑或是人们躁动不安的灵魂。
