Polarlichter entstehen, wenn elektrisch geladene Teilchen von der Magnetosphäre, hauptsächlich Elektronen, aber auch Protonen (Sonnenwind) und einige schwere Ionen (Sauerstoff-Ionen) auf die oberen Schichten der Erdatmosphäre treffen. Dort regen sie die vorhandenen Luftmoleküle zum Leuchten an. Dieser Vorgang funktioniert folgendermaßen: Der Aufprall eines Teilchens bewirkt bei dem Molekül/Atom eine Anregung entsprechend einer geänderten Elektronenkonfiguration. Bei der nach kurzer Zeit wieder erfolgenden Abregung wird Licht ausgesandt, allgemein als Fluoreszenz bezeichnet. Auch Kernwaffentests in hohen Atmosphären-Schichten (400 km) rufen solche Phänomene hervor, wie z. B. der Starfish-Prime-Test der USA am 9. Juli 1962.

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