Nuestro planeta se comporta como un enorme imán. La aguja de una brújula señala siempre hacia el Polo Norte magnético, se orienta en el Ecuador sobre un plano horizontal y se inclina poco a poco a mayores latitudes, hasta que justo en el polo se pone vertical. La orientación de la aguja al viajar de sur a norte representa las líneas del campo magnético terrestre, que surgen del Polo Sur, se curvan, convergen hacia el Polo Norte y vuelven a conectarse por el interior de la Tierra a través de su eje magnético. Este campo adquiere así forma de rosquilla, que se extiende a más de 60.000 km de distancia, alargándose hacia el lado de la Tierra opuesto al Sol. El eje magnético difiere algo del de rotación, y ambos polos, geográficos y magnéticos, distan entre sí unos 2.000 kilómetros.

El Sol emite gran cantidad de radiación, desde rayos X y ultravioleta a radiación infrarroja y de microondas, pasando por la luz visible, pero también emite viento solar: intensos chorros de partículas eléctricamente cargadas, positivas y negativas, que viajan a enormes velocidades por el espacio.

Los rojos y los verdes proceden del oxígeno,
los azules y púrpuras, del nitrógeno

Los rayos X y ultravioleta de más energía se absorben en capas superiores de nuestra atmósfera ionizando sus átomos y moléculas. Así se genera la ionosfera terrestre, un tenue plasma situado entre unos 80 y 1.000 kilómetros de altitud, donde la densidad del aire es ya muy baja. Entre 15 y 40 kilómetros, la capa de ozono absorbe otra parte importante de luz ultravioleta potencialmente dañina. Pero es la magnetosfera la que actúa como auténtico escudo protector frente al viento solar, ya que desvía las partículas cargadas hacia el espacio, aunque cerca de los polos algunas quedan atrapadas por el campo magnético más intenso, que las guía hacia ellos.

Cuando esas partículas chocan contra las especies atmosféricas, su energía se emplea en excitarlas a niveles superiores. Moléculas y átomos se desexcitan a continuación de forma espontánea emitiendo luz de diversos colores, que da lugar a las espléndidas auroras, conocidas por todos al menos a través de las impresionantes fotografías que hemos visto.

Su color depende de la especie excitada y de la energía de excitación: rojos y verdes proceden del oxígeno, azules y púrpuras del nitrógeno. El resultado es uno de los espectáculos luminosos más bellos de la naturaleza, que sucede entre 60 y 120 km de altura y que, como las estrellas, puede apreciarse sólo durante la noche y lejos de la luz de las ciudades.

En periodos de gran actividad solar
llegan a latitudes más bajas, como Londres o Nueva York

Las mejores zonas de observación están situadas a unos 2.000 km de los polos, como Alaska o Groenlandia, donde asemejan rayos o bandas luminosas que indican la dirección del campo magnético y que se agitan y se ondulan en lo alto del cielo, extendiéndose de este a oeste durante intervalos que varían entre varios minutos y algunas horas. A menores latitudes, las auroras se aprecian como resplandores a la altura del horizonte, semejantes al amanecer, pero mirando hacia el polo. Su nombre en el hemisferio norte, aurora boreal, procede de la diosa romana del amanecer, Aurora, y de boreas, el término griego para designar el norte. En el sur se denomina aurora austral.

En periodos de gran actividad solar, que se repiten aproximadamente cada 11 años, aumenta el número e intensidad de las tormentas solares, gigantescas erupciones o llamaradas que parten de la superficie del Sol y liberan cantidades mucho mayores de partículas. El viento solar es entonces especialmente intenso y llega a deformar el campo magnético terrestre, alargándolo hacia el lado opuesto al Sol hasta distancias de unos 300.000 kilómetros. Las auroras se hacen entonces más intensas por haber más partículas atrapadas y llegan a verse desde latitudes más bajas a las habituales, como Londres o Nueva York. También en otros planetas con intensos campos magnéticos, como Júpiter o Saturno, se han observado estos fenómenos mediante sondas espaciales.