Рассматривая процессы, связанные с движением заряженных частиц в атмосфере, нельзя не вспомнить о полярных сияниях, когда вблизи Южного или Северного полюса планеты небо вспыхивает удивительными огнями. Письменные свидетельства о полярных сияниях восходят к VIII веку до н. э. В поэме «Теогония» древнегреческий поэт Гесиод упоминает «пылающие небеса» и «огненных летающих драконов». Не исключено, что происхождение мифа о горе Олимп, где, по преданиям, обитали боги древних греков, связано с изредка наблюдавшимися в северной Греции полярными сияниями. Аристотель в своем классическом трактате «Метеорологика» писал: «Иногда ночью при ясной погоде на небе можно увидеть явления кроваво-красного цвета».
Не прошли мимо загадочного небесного явления и древнекитайские хроники. Каталог полярных сияний, составленный по данным старинных рукописей, начинается с события 687 года до н. э. и охватывает наблюдения, проводившиеся в первом тысячелетии н. э.
Многочисленные ссылки на полярные сияния встречаются в средневековых шотландских хрониках и скандинавских сагах, в сказаниях народов Севера. В русских летописях наиболее ранние сообщения о сияниях относится к 919 году. «Сея же зимы погоре небо и столбы огненные ходили от Руси ко Греции сражающееся», — приводит выдержку из летописи В. Н. Татищев в «Истории Российской с древнейших времен». Полярные сияния были во время битвы на Дону русских князей с половцами в 1111 году и во время знаменитой битвы Александра Невского с немецкими рыцарями на льду Чудского озера в 1242 году.
По преданиям эскимосов, полярные сияния — это игра душ умерших людей. Североамериканские индейцы считали, что это отблески костров, которые разжигают живущие на севере карлики.
В более поздние времена полярные сияния стали считать неблагоприятными предзнаменованиями и связывать с общественно значимыми событиями: в России — с большими смутами, в Скандинавии — со смертью короля, в Польше, Германии, Англии — с войнами. XVII век был неблагоприятным для наблюдения полярных сияний. Они почти полностью исчезли в Норвегии и Исландии. Объяснялось это спадом солнечной активности. В это время количество пятен на Солнце было минимальным. Но уже в марте 1716 года над Москвой и Петербургом вспыхнуло яркое полярное сияние, которое наблюдал Петр I. Он записал в своем дневнике: «Марта шестого в 9 часов пополудни был страшный знак на небе, было в ночи зело светло, так что хотя бы и лунная ночь была». Это сияние захватило огромную территорию. Оно было видно в Польше, Австрии, Испании, Португалии, Франции, Италии и Северной Америке. Ровно через 27 суток сияние видели в Париже и Гданьске. Царь Петр I неоднократно наблюдал полярные сияния. До нас дошло его описание полярного сияния 14 октября 1722 года в районе Астрахани, наблюдавшееся также в Париже, Берлине и в Северной Америке на широте 42,5 градуса.
Начало XIX века было отмечено организацией крупных географических экспедиций в полярные районы. В задачу экспедиций входило и наблюдение за полярными сияниями. Арктическая экспедиция известного русского исследователя Ф. П. Врангеля в 1824 году обнаружила интересное явление: частота появления сияний увеличивается вблизи береговой линии Северного Ледовитого океана. Впоследствии существование берегового эффекта подтвердилось фотографическими наблюдениями.
Полярное сияние — это люминесцентное свечение, возникающее в результате взаимодействия летящих от Солнца заряженных частиц (электронов и протонов) с атомами и молекулами земной атмосферы. Появление же этих заряженных частиц в определенных местах атмосферы и на определенных высотах есть результат взаимодействия солнечного ветра с магнитным полем Земли.
Полярное сияние — одно из самых красивых атмосферных явлений — представляет собой свечение воздуха в верхних слоях атмосферы. Описания сияний известны с древнейших времен, но лишь в 1752–1753 гг. М. В. Ломоносов впервые указал на их электрическую природу. Сияния наблюдаются на высотах от 80—100 до 1000–1200 км. Спектр сияний богат линиями и полосами, принадлежащими главным образом к нейтральным и ионизированным атомам и молекулам азота и кислорода, сравнительно редко — водорода.
Полярные сияния связаны с другими геофизическими явлениями, например, с возмущениями магнитного поля Земли, нарушениями нормального состояния ионосферы. Установлена связь сияний с солнечной активностью: в периоды повышенной солнечной активности, когда наблюдаются частые и сильные магнитные бури, наиболее интенсивны и сияния. У жителей Заполярья формируется так называемый синдром полярного напряжения, который вызывается не только частыми геофизическими явлениями, но и длительным периодом с низкими температурами воздуха, полярной ночью, повышенной ионизацией воздуха, дефицитом ультрафиолетовой радиации и др.