Kutup ışıkları ya da kutup aurorası, kutup bölgelerinde gökyüzünde görülen, yeryüzünün manyetik alanı ile Güneş'ten gelen yüklü parçacıkların etkileşimi sonucu ortaya çıkan doğal ışımalardır. Kuzey enlemlerde bu etki aurora borealis veya kuzey ışıkları olarak adlandırılır. Güney enlemlerindeki aurora australis (güney kutup ışıkları) oluşumu da benzer özelliklere sahiptir; ancak Antarktika’da, Güney Amerika’da ve Avustralya’da daha yüksek enlemlerden görülebilir.
Bu ışımalar, genellikle geceleri gözlemlenir, ağırlıklı olarak iyonosferde meydana gelir. Bu olgu yaygın olarak 60 ve 72 derece kuzey ve güney enlemleri arasında görünür, bu da arktik ve antarktik kutup dairelerinin içine düşer. (*Arktika, Kuzey Kutup Dairesi’nin üstünde kalan bölge olarak tanımlanır.)
Aurora borealis'in görünme olasılığı, kuzey manyetik kutbuna yaklaştıkça artar. Manyetik kutbun yakınlarında oluşan auroralar tam 90 derece; ancak uzaktan kuzey ufkunu yeşilimsi bir parlaklıkla, bazen de güneş alışılmamış bir yönden doğuyormuş gibi soluk bir kırmızıyla aydınlatırlar. Aurora borealis sıklıkla gündönümlerinde oluşur.
Auroralar bütün yeryüzünden ve diğer gezegenlerde de gözlemlenebilir. Daha uzun süreli karanlık ve manyetik alan dolayısıyla, kutuplara yakınlaştıkça daha çok görünür olurlar.
Auroralar atmosferin üst katmanlarında, (80 km yükseklikten yukarısı), iyonize azot atomlarının elektron kazanması; ve uyarılmış oksijen ve azot atomlarının temel enerji düzeyine dönmesi sonucu foton salınımı oluşmasıyla ortaya çıkar. Bunlar, solar rüzgâr partiküllerinin çarpışması ve yeryüzünün manyetik alan çizgileri boyunca hızlanmasıyla iyonize olmuşlardır. Bir ışık fotonunun emisyonu ya da başka bir atom ya da molekülle çarpışması sonucu yüksek enerji düzeyi düşer:
1- Oksijen Emisyonları
Yeşil ya da kahverengimsi kırmızı, yutulan enerjinin niceliğine bağlı olarak.
2- Nitrojen Emisyonları
Mavi ya da kırmızı. Mavi, eğer atom iyonize olduktan sonra yeniden elektron kazanırsa. Kırmızı, eğer yüksek enerji düzeyinden temel düzeye geri dönüyorsa. Oksijenin temel düzeye geri dönmesi, pek alışılmış değildir. Yeşil ışık yayması bir saniyenin dörtte üçü, kırmızı ışık yayması iki dakikaya kadar bir süre alır. Başka bir atom ya da molekülle çarpışmalar yüksek enerjisini emecek, ve emisyonu engelleyecektir. Atmosferin en üstünde hem yüksek oranda oksijen bulunur, hem de bu tür çarpışmalar o kadar seyrektir ki, oksijene kırmızı yaymak için süre kalır. Giderek atmosferden aşağıya indikçe, çarpışmalar sıklaşır, böylece kırmızı emisyon oluşmasına süre kalmaz, ve sonunda yeşil ışık emisyonu da engellenir.
İşte, yüksekliğe bağlı olarak renklerin değişmesinin nedeni budur; yükseklerde oksijen kırmızısı ağır basarken, sonra oksijen yeşili ve sonunda çarpışmalar oksijenin herhangi bir şey yaymasını engellediğinde nitrojen mavi/kırmızısı egemen olur. Yeşil tüm auroraların en yaygınıdır, ardından pembe, (açık yeşil ve kırmızı karışımı), saf kırmızı izler, sarı (kırmızı ve yeşil karışımı), ve son olarak saf mavi.
Auroralar güneşten sürekli dışarıya doğru iyon akışı olan solar rüzgârlarla ilişkilendirilmektedir. Yeryüzünün manyetik alanı, çoğu kutuplara yol alan, ve orada yeryüzüne doğru hızlanacak olan doğru bu partikülleri yakalar. Bu iyonlar ve atmosferik atomlar ve moleküller arasındaki çarpışmalar, kutup çevresinde büyük daireler şeklinde görünen aurora formunda enerji salınımına neden olurlar. Auroralar, koronal kütle enjeksiyonlarının, solar rüzgârın yoğunluğunu arttırdığı solar döngünün yoğun fazı sırasında, daha sık ve parlaktır.