شفق قطبی پدیده‌ای است که بر اثر فعالیت‌های خورشیدی به وجود می‌آید؛ از ذرات پرانرژی و دارای بار الکتریکی که اغلب ذرات زیراتمی هستند، مثل پروتون‌ها و الکترون‌ها یا هسته‌های سنگین‌تر اتم‌ها. پرتاب این‌ها که پیوسته از خورشید به صورت باد خورشیدی انجام می‌شود و این ذرات سراسر منظومه‌ی شمسی را جولان می‌دهند، آغاز مرحله‌ای ‌است که ما در نهایت به صورت شفق قطبی می‌بینیم. این ذرات به میدان مغناطیسی زمین می‌رسند و به سبب داشتن بار الکتریکی، گرفتار خطوط میدان مغناطیسی زمین می‌شوند. در آن‌جا ذرات ثانویه‌ای شکل می‌گیرند که آ‌ن‌ها هم باردار، پرانرژی و پرسرعت‌اند و در خطوط میدان مغناطیسی به سمت قطب‌های مغناطیسی زمین سرازیر می‌شوند. به همین علت است که شفق‌ها، قطبی هستند، یعنی پدیده‌ای هستند که در عرض‌های بسیار شمالی یا در نیم‌کره‌ی جنوبی، در عرض‌های بسیار جنوبی دیده می‌شوند و به همین خاطر به آن‌ها «نورهای شمالی» و «نورهای جنوبی» هم می‌گویند.

اما چون محور میدان مغناطیسی زمین نسبت به محور میدان جغرافیایی زمین کمی انحراف دارد (در حال حاضر حدود ۱۱ درجه) این باعث می‌شود که در عرض‌هایی که لزوماً خیلی هم قطبی نیستند گاهی شفق قطبی دیده شود. به همین علت است که در آمریکا تا عرض جغرافیایی حدود ۳۰ یا ۳۵ درجه، یعنی حتی در جنوب کالیفرنیا، گاهی شفق قطبی دیده شده، در حالی‌که ما در عرض جغرافیایی ۳۰ درجه در ایران، یعنی در شهر اصفهان، شفق قطبی را هیچ وقت نمی‌بینیم، مگر اینکه پدیده‌ی خیلی خاصی در خورشید اتفاق بیفتد مثل فورانی بسیار بزرگ، که به صورت موردی اتفاق افتاده است. مثلاً در اوایل قرن بیستم یکی از این شفق‌ها ثبت شد، که حتی در سنگاپور آن را در خط افق به صورت یک هاله‌ی قرمز دیده بودند. یعنی این شفق قطبی تقریباً در کل کره‌ی زمین ظاهر شده بود و هر جا که هوا صاف بوده و ناظری بوده که توجه کرده، آن را دیده بوده، چون سنگاپور در استوا قرار دارد.

به جز اینگونه موارد، شفق‌های قطبی معمولاً در عرض‌های شمالی یا در نواحی‌ای دیده می‌شوند که عرض مغناطیسی مناسبی داشته باشند. اما این پدیده وقتی که ظاهر می‌شود معمولاً در حد چند ثانیه نیست، یعنی پدیده‌ای است که دست‌کم چند دقیقه‌ای در آسمان فعالیت می‌کند و اگر عرض جغرافیایی، شمالی باشد، ممکن است آن را چند ساعتی در طول شب ببینید، مثلا در عرض‌هایی جغرافیایی که درون یا زیر منطقه‌ای هستند که آن را به نام «حلقه‌ی شفق» می‌شناسیم. وقتی از فضا به زمین نگاه کنیم یا عکس‌هایی که ماهواره‌ها از قطب‌های زمین و در طول‌موج مناسبی گرفته‌اند را مشاهده کنیم، پیوسته حلقه‌ی سبز رنگی دور قطب‌های مغناطیسی زمین می‌بینیم که همان «حلقه‌ی شفق» است با قطری بین ۲۰۰۰ تا ۵۰۰۰ کیلومتر که این قطر به میزان فعالیت بادهای خورشیدی بستگی دارد، اینکه طوفان خورشیدی در کار باشد تا طوفان مغناطیسی در اطراف زمین ایجاد کند، یا این‌که فعالیت کم باشد که در آن حالت حلقه‌ کوچک شده و به قطب نزدیک‌تر می‌شود. این حلقه همیشه وجود دارد و این سبب می‌شود که در عرض‌های بسیار شمالی یا بسیار جنوبی، همیشه در هر شب صاف که آسمان تاریک باشد و نور ماه خیلی مزاحم نباشد، شفق قطبی ببینیم.

اما این شفق ها لزوماً به صورت طوفانی نیستند که به اصطلاح «تاج شفق» که درست در بالای سر به وجود می‌آید، شکل بگیرد و شفق به اوج زیبایی خود برسد، رنگارنگ شود، هر لحظه تغییر شکل دهد و انگار که این پدیده به صورت انفجار نور در آسمان در حال رخ دادن است. تاج شفق زمانی پدید می‌آید که فعالیت خورشیدی ناگهان افزایش پیدا کند، یک لکه یا مجموعه‌ای از لکه‌های خورشیدیِ فعالِ مغناطیسی شکل بگیرند و فوران‌هایی را ایجاد کنند. این فوران‌ها در تاج خورشید منجر به شکل‌گیری پدیده‌ای به نام CME یا «پرتاب ماده از تاج» می‌شوند و باد خورشیدیِ طوفانی را در فضا پرتاب می‌کنند. اگر زمین در تیررس این سیل ذرات باشد، در آن حالت است که طوفان مغناطیسی برای سیاره‌ی ما رخ می‌دهد (حدود دو روز پس از فوران خورشیدی) . در شب اول و شب‌های بعد از آن ممکن است که شفق بسیار فعال باشد و به عرض‌های جغرافیایی پایین‌تر هم برسد. در این موقع است که اگر در عرض جغرافیایی شمالی باشید، مثلاً بالای ۶۰ درجه، نزدیک به مدار قطبی، اوج شکوه شفق‌های قطبی را می‌بینید و معمولاً تمام شب این اتفاق می‌افتد، اما در طول شب چند بار اوج می‌گیرد و پدیده‌ی تاج شفق در بالای سر، یعنی سرسوی آسمان، پدیدار می‌شود. در عرض‌های جغرافیایی پایین‌تر چنین شفق‌های قطبی نادرترند، مثلاً در عرض جغرافیایی بین ۵۰ تا ۶۰ درجه، در طول سال ممکن است شفق‌های قطبی یک یا دو بار این‌قدر دیدنی باشند. در عرض جغرافیایی بین ۴۰ تا ۵۰ درجه، چنین شفق‌های قطبی‌ای ممکن است در هر دهه، دو یا سه بار رخ دهند و جزو پدیده‌های طبیعی بسیار نادر ‌می‌شوند و در عرض‌های پایین‌تر، همان‌طور که گفتم، مثلاً مانند ثبت شفق از سنگاپور در اوایل قرن بیستم، ممکن است در هر سده یک یا دو بار آن را ببینیم. شفق‌ها با چرخه‌ی فعالیت‌های خورشید در طول ۱۱ سال، که در آن تعداد لکه‌ها و فعالیت‌های مغناطیسی کم و زیاد می‌شود، هم رابطه‌ی مستقیمی دارند و فعالیت‌شان کم و زیاد می‌شود. اما همیشه، حتی در کمترین فعالیت‌های خورشیدی، ممکن است ناگهان خورشید فوران کند و شفق‌های قطبی چشمگیری شکل بگیرند. به هر حال پاسخ کوتاه این است که در هر شب، در مناطق قطبی، شفق قطبی ممکن است دیده شود و این پدیده در این مناطق معمولاً چند ثانیه نیست و در طول شب چندین بار ظاهر می‌شود. اما شفق‌های بسیار فعّال که تاج را به وجود می‌آورند، معمولاً نمایش باشکوه خود را فقط در چند دقیقه اجرا می‌کنند.