Az északi fény nagyszerű pompájával már az ókorban magára vonta az emberek figyelmét. Alakja, színe és erőssége rendkívül változatos. Néha ködszerű folt; gyakori az ív, amely többnyire sugaras szerkezetű, alul élesen határolt. Störmer az északi fény fotografálását annyira fejlesztette, hogy fél másodperc alatt tudótt felvételt készíteni.

Ez az eljárás a magasságnak az eddiginél jóval pontosabb mérését tette lehetővé. Vegard arra a fontos eredményre jutott, hogy a különböző alakoknál az alsó szél átlagos magassága 104 és 115 km között változik, vagyis a mérés pontosságának figyelembe vételével megegyezőnek mondható. Tehát a különböző alakok szoros rokonságban vannak. 70 km-en alul északi fényt nem figyeltek meg.

Az északi fény legsűrűbben abban az övben fordul elő, amely az északi földmágneses sarktól 20°-nyira esik. Ez az északi fény öve. A déli sark vidékén, mennyire az eddigi kevés megfigyelésből következtetni lehet, a viszonyok hasonlóak. Erős északi fény az északi és déli övben egyszerre lép fel.
Minden helyen van a nap olyan időpont, amikor az északi fény a legerősebb.

Az északi fény övétől távolabb ez az időpont később áll be, de két egyenlő távolságban levő helyen megegyezik. Ez azt mutatja, hogy az északi fény követi a Nap járását. Már DONATI, mikor ezt 1872-ben észrevette, azt következtette, hogy az északi fényt a Napból kiinduló, elektromos töltésű sugárzás kelti.

Az északi fény megjelenésében havi szakaszosságot is találtak, ami kétségtelenül a Nap forgásával függ össze. Az a 11 éves szakaszosság, amelyet a Nap tevékenységében ismerünk, az északi fény gyakoriságában is kimutatható. Mikor a legtöbb napfolt van, akkor az északi fény is a legerősebb.
BIRKELAND kísérletei lényegesen hozzájárultak az északi fény eredetének tisztázásához.

DONÁTI és GOLDSTEIN (1879) felfogásával megegyezően azt tételezte fel, az északi fényt keltő sugárzás a Napból jön és a Föld mágneses tere irányitja. Ma már tudjuk, hogy az északi fényben látszó sugarak valóban a földmágneses erő irányában haladnak.

BIRKELAND az északi fény eredetére vonatkozó előbbi gondolatot közvetlen kísérletekkel is támogatta. Tojásalakú CROOKES-féle csőben a katódsugarak elektromágneses gömbre estek. A katód a Napnak, gömb a Földnek felel meg. A gömb báriumplatinacianiddel volt bevonva, hogy a kalódsugarak foszforeszkálásra indítsák.

A gömb mágnesezésekor a mágneses sarkok közelében sugaras szerkezetű nyalábot megfigyelni. A gombon vagy folt keletkezett, vagy a sarkokat körülbelül 20°-nyi távolságban körülvevő öv.
A későbbi vizsgálatok is kétségtelenek, hogy az északi fényt a Napból kiinduló elektromos töltésű részecskék idézik elő.

De azért nem kell okvetlenül katódsugarakra gondolni, mint BIRKELAND és utána LENARD tették, lehetnek a sugarak pozitív elektromos töltésűek, amilyenek a csősugarak, vagy a rádióaktiv anyagok ά-sugarai. VEGARD kimutatta, hogy az északi fény különböző alakjait jól meg lehet magyarázni avval a föltevéssel, hogy pozitív sugarak idézik elő. Ezt más tapasztalatok is támogatják.

Ha az északi fényt olyan katódsugarakat keltenék, amelyek a megfigyelt magasságig tudnak a levegőbe hatolni, akkor az északi fény övének a földmágneses pólustól 3.5°-nyire kellene lennie. A valóságban ez a távolság, min említettük, 20°. Ha ellenben pozitív sugarakat tételezünk fel, akkor ebből éppen a megfigyelt távolság következik.

A döntést a BIRKELAND-LENARD-féle fogás és VEGARD magyarázata között a színképelemzés hozta meg. A színkép ugyanis nemcsak a felsőbb rétegekben levő gázoktól függ, hanem az izzásba hozatal módjától is. Ismeretes, hogy az északi fény színképében élénk zöld vonal látszik. Ezt az „északi fényvonalat"ismeretlen gáznak, a geokoroniumnak tulajdonították VEGARD sem tud róla további világosítást adni.

Több sikerrel járt STARK vizsgálata, mikor az eddigi színképeket összehasonlította. Az elemek színképének vonalait két csoportba szoktuk osztani, ívfényvonalakra és szikravonalakra. Az utóbbiak különösen az elektromos szikra színképében erősek, innen a szikravonalak elnevezése. Az előbbiek pedig az ívfény színképében erősek.

A döntő az ívfényvonalak megjelenése, mert a szikravonalakat a negatív töltésű katódsugarak és a gyorsabb pozitív sugarak egyaránt előidézhetik, ellenben ívfényvonalakat csak pozitív töltésű sugarak kelthetik.