Główną przyczyną pojawiania się zorzy polarnej jest oddziaływanie cząstek wiatru słonecznego z ziemską atmosferą. Wiatr słoneczny składa się z rozpędzonych protonów i elektronów. Cząstki te są wychwytywane przez pole magnetyczne Ziemi. Działa ono jak tarcza, która odbija większość cząstek wiatru słonecznego. Część z nich wpada jednak w górne warstwy atmosfery w okolicy biegunów. Protony i elektrony trafiają na rozrzedzone gazy - głównie tlen i azot – i wzbudzają je do świecenia.

- Kolory, jakie widzimy na niebie zależą od tego, jakie gazy zostaną wzbudzone przez cząstki wiatru słonecznego. Tlen świecie na czerwono i na zielono, natomiast azot - w kolorach purpury. – dodaje Radajewski.

Protony i elektrony wiatru słonecznego nieustannie bombardują ziemską magnetosferę. Typowa prędkość to około 400 kilometrów na sekundę przy gęstości około 5 cząstek na centymetr sześcienny. Jednak podczas okresów wzmożonej aktywności Słońca może dochodzić do tak zwanych wybuchów słonecznych. Wiatr słoneczny osiąga w efekcie większą prędkość i gęstość. Właśnie wtedy zorzę polarną można obserwować również na mniejszych szerokościach geograficznych.

Ziemskie pole magnetyczne jest dynamiczną strukturą. Odziaływania z wiatrem słonecznym sprawia, że wygina się i gromadzi ładunki elektryczne. Największe uwalnianie cząstek zgromadzonych i bezpośrednio przechwyconych od Słońca występuje podczas tak zwanych burz geomagnetycznych.

Wskaźnikiem jaki należy obserwować, aby określić szanse na obserwację zorzy w Polsce jest indeks aktywności geomagnetycznej – Kp. Osiąga wartości od zera do dziewięciu. Związany jest z intensywnością burz magnetycznych ziemskiej magnetosfery. Im wyższa wartość indeksu, tym dalej od biegunów dostrzegalna jest zorza.

Podczas niskiej aktywności Słońca i słabego wiatru słonecznego Kp osiąga wartość od 0 do 3. W takich przypadkach zorza polarna obejmuje zasięgiem Alaskę, Grenlandię, Islandię oraz północne krańce Szwecji i Finlandii. Aby zaobserwować zjawisko z Polski, Kp musi wynosić przynajmniej 7. Wtedy mieszkańcy północnej części kraju mają szansę dostrzec słabą, barwną poświatę nad północnym horyzontem. W szczególnych przypadkach, gdy indeks osiąga wartości ponad 7, zorza widoczna jest także bardziej na południe. Jednak duża intensywność wiatru Słonecznego i wysoki indeks Kp niekoniecznie świadczy o tym, że uda się zaobserwować zorzę w Polsce.

- Złożone zachowanie ziemskiej magnetosfery sprawia, że zjawiska nadal nie jesteśmy w stanie w pełni przewidywać. – dodaje Szaj.

Natężenie międzyplanetarnego pola magnetycznego określa się parametrem Bt i jest mierzona w nanoTeslach (nT). Kierunek północ-południe międzyplanetarnego pola magnetycznego (Bz) odgrywa ważną rolę w powstawaniu zorzy polarnej. Kiedy zwrot zmieni się na południowy, linie międzyplanetarnego pola magnetycznego łączą się z ziemską magnetosferą, której pole ma zwrot północny. Otwiera się szczelina, która pozwala wiatrowi słonecznemu przedostać się do naszej magnetosfery. Bz staje się ujemne (na przykład –10nT), co w połączeniu z wysokim indeksem Kp zwiększa szansę na pojawienie się zorzy polarnej.

Osoby przebywające blisko koła podbiegunowego mogą się cieszyć zjawiskiem zorzy, które intensywnie rozświetla nocne niebo wiele nocy w roku. Światło bywa na tyle intensywne, że umożliwia czytanie książki. W Polsce zorze nie osiągają jednak takiej jasności. Widoczne są zazwyczaj jako barwna poświata nad północnym horyzontem. Łatwo ją pomylić ze światłem pobliskiego miasta rozproszonym we mgle.

- Mieszkając od ponad 30 lat na Warmii wielokrotnie widziałem zorzę polarną, a kilka razy była tak intensywna, że wystarczyło wyjrzeć przez okno. - dodaje Drążkowski

Kiedy indeks Kp osiąga wartość 7 i większą warto spróbować zapolować na zorzę. Im dalej na północ się znajdujemy tym lepiej. Kluczowe jest bezchmurne niebo i brak miejskich świateł w okolicy. Jeśli mamy szczęście, bez trudu dostrzeżemy barwną poświatę zorzy polarnej, która w Polsce najczęściej ma odcienie czerwieni. Pomocny w identyfikacji zjawiska może się okazać aparat fotograficzny.

Aby wykonać zdjęcie zorzy polarnej najlepiej wykorzystać aparat fotograficzny z ręcznym nastawem parametrów. Kierujemy obiektyw w kierunku północnym, maksymalnie otwieramy przysłonę i ustawiamy dużą czułość. Czas naświetlana zdjęcia dobieramy eksperymentalnie. Również właściciele prostych aparatów i telefonów komórkowych mogą spróbować fotografii zorzy polarnej. Konieczne jest wtedy wykorzystanie trybu zdjęć nocnych. Fotografie ukażą znacznie więcej szczegółów i barw niż obserwacje gołym okiem. Wynika to z niskiej wrażliwości naszych oczu na kolory przy słabym świetle.

Nie tylko ludzie znajdujący się na Ziemi mogą obserwować zorzę. Zjawisko jest widoczne również dla astronautów znajdujących się na orbicie.

Wszędzie tam, gdzie dociera wiatr słoneczny, a planeta posiada pole magnetyczne, możliwe jest powstawanie zórz. Zjawisko zostało zaobserwowane na Jowiszu, Saturnie, Uranie oraz Neptunie

Do tej pory odkryto blisko 5000 planet pozasłonecznych. Rozdzielczość współczesnych teleskopów nie umożliwia bezpośredniego dostrzeżenia powierzchni oraz zórz polarnych. Jednak zjawiskom zorzowym towarzyszą również charakterystyczne sygnały radiowe. Udało się je odebrać przy pomocy radioteleskopów. Może to świadczyć o tym, że zorze polarne występują również poza naszym Układem Słonecznym.