1．紅色精靈
從1886年最早發現紅色精靈到以後的100年間沒有任何的文字圖像資料證明這種壯觀的大氣閃光現象形成的原因，直到1989年7月時任明尼蘇達綜合大學的物理學教授JohnR.才記錄了紅色精靈的影象，從此揭開了蒙在紅色精靈臉上100多年的神秘麵紗。
紅色精靈和藍色噴流是一種伴隨雷暴發生時的一種特殊的大氣放電現象，通常發生在雷雨雲層頂離地麵約三十到九十公裏的高空。紅色精靈上半部是紅色，底部則漸漸轉變為藍色，寬度約在五到十公裏內，可持續約數毫秒到一百毫秒的時間。由於這些發光體的顏色是紅色，且在空中出現的時間不到三十分之一秒，有如鬼魅一般難以捉摸，所以科學家稱它們為“紅色精靈”。
藍色噴流是美國阿拉斯加大學教授WESCOTT等人，一九九四年夏天用飛機進行紅色精靈觀測時意外發現的，形狀很像是從噴嘴高速射出的噴流，所以被命名為藍色噴流。除了它的顏色是藍色之外，藍色噴流持續發光平均時間約零點三秒，比紅色精靈要長約二十倍，另外藍色噴流可以很明顯看出發光的噴流從雲層中間向高空噴出，與紅色精靈是在高空發光，沒有噴射現象完全不同紅色精靈中還有一種特殊的類型就是淘氣精靈[有譯文翻譯為頑皮精靈或矮子]就如同紅色精靈一樣，是一種由閃電所引發的高空發光的現象，它具有火紅色、向外擴張的圈圈環形。其成因是雲對地閃電所發出的電磁脈衝，傳遞到電離層的底部後，加熱該處的分子並使它們發出紅色輝光。更精確地說，這種強烈的電磁脈衝是以雲對地閃電為中心，以光速傳遞的電波。當這個電磁脈衝向上傳遞的部分（圓殼部分）傳到約為75至100公裏的高度時，電磁波的電場加速電子，這些被加速後的電子會撞擊空氣分子並將其提升至可以發光的激發狀態。因而產生了以球殼和臨界層之交點為軸心，向外擴張的圈圈狀光環。
紅色精靈和藍色噴流最早是在1886年被發現，但一直沒有明確的資料證明與雷暴和閃電的關係。直到1989年7月6日時任明尼蘇達綜合大學的物理學教授JohnR.利用一台低光度攝影機記錄了一道跳躍的火焰。在回放時他和他的兩名研究生驚訝的發現在圖象中有兩個巨型的閃光出現在北明尼蘇達的天空上。之後他們很快的證明了紅色精靈和藍色噴流是在雷雲之上的一種特殊的閃電，也揭開了紅色精靈和藍色噴流近一個世紀的神秘麵紗。
“紅色精靈”是近年來所發現數種由閃電所引發的中高空發光現象之一，其可能的成因簡示如下：一般閃電是源自帶著負電荷的雲層底部，並向下落至地表。偶爾，閃電是源自雲層頂端積蓄的大量正電荷，因此閃電發生後，電離層和雲層頂有著很強大的電場，因此吸引著電子向上移動。在移動的過程中會和氣體分子碰撞，如果產生的電場夠強而且周圍的空氣夠稀薄，在和空氣分子撞擊之前，電子可以獲得相當高的能量，當電子撞擊空氣分子，會把它們撞到激發狀態，讓分子發出輝光，產生紅色精靈這種高空短暫發光現象。理論上，這種現象發生於40至90公裏的高空中。最亮的紅色精靈人類的肉眼就可以看見，但長久以來並不為人們所知，追究其原因在於它是發生在極端明亮的雲對地閃電之後，因此上述的現象並不會特別引起科學家們的注意。紅色精靈發光的時間通常持續不到三十分之一秒，亮度通常也不很明亮，出現的機會相當低，因此，科學家必須使用高感光度的攝影機，持續對雷雨雲的上空錄像，才能紀錄到這種高空短暫發光現象。1994年Sentman和Wescott第一次記錄到‘藍色噴流’這種怪異的現象，他們是飛機在高空中飛越強烈的風暴之上，為捕捉紅色精靈期間利用高靈敏度的照相機意外拍攝到的。由這些照片可以得知這種光以秒速120公裏自雲層頂端向上噴出，目前研究學者們正致力於找出可完整的解釋其成因的理論。
國際上已經有超過20個組織和團體在世界不同的地方研究紅色精靈這一現象，除著名的NASA和明尼蘇達大學外位於美國科羅拉多州的Sky-Fire公司在大氣物理研究和對紅色精靈的研究也卓有成就，Sky-Fire公司對紅色精靈和藍色噴流有著大量和細致的研究，並且也有專門的人員負責調查和收集世界各地關於紅色精靈和藍色噴流方麵的資料.目前，在我國台灣省也有一支由成功大學物理係和其它學術團體組成的紅色精靈研究團隊，在高空大氣閃電的研究方麵也有很大的成就。
2．大氣潮汐
大氣潮汐
由月球的引力作用，以及太陽的引力和熱力作用所引起的大氣壓的周期性漲落現象。地球上最接近太陽或月球的一邊，比遠離這些星球的另一邊所受到的引力要大，因此，每當地球繞地軸轉動一周時，地球上任一指定地點，都交替地外於較強和較弱的引力作用之下。與此同時，地球上的物體，還因地球相對太陽或月球運動而受到一個均勻的慣性離心力的作用，它和引力的合力，稱為引潮力，也叫起潮力（見海洋潮汐）。地球上麵向或背向太陽或月球的位置，引潮力最強，因而出現漲潮或高潮；在這兩個位置最中間的地帶，引潮力最弱，出現落潮或低潮。所以地球每自轉一周，任一指定地點無論大氣或海洋，都因為受到這種引潮力的作用而出現兩次漲潮和兩次落潮，它們的周期都為地球自轉周期的一半。
分析地麵上大氣潮汐的氣壓觀測資料發現，氣壓變化可以分解成周期為8、12和24小時等調和分量，其中半日周期的調和分量最為顯著。由太陽引起的大氣潮汐稱太陽潮，其氣壓變化的半日周期分量最有規律性，而且得到很仔細的研究。太陽潮的振幅在赤道附近最大（約1.2百帕），逐漸向兩極減小；極區的振幅最小，且比較均勻（約0.1百帕）；在中緯度地帶，其經向梯度最大。令人驚異的事實是﹕在高緯地區，不同經度的氣壓極值出現在同一世界時；而在中緯度和低緯度地區，這些極值出現在同一地方時。由月球引起的大氣潮汐稱太陰潮，其氣壓變化的半日周期分量的振幅比太陽潮同一分量的振幅至少小一個數量級。太陰潮在赤道約為0.08百帕，在緯度30處約為0.02百帕。要分析這樣小的振幅，必須應用更精細的統計方法。
1687年I.牛頓在他的《自然哲學的數學原理》一書中首先解釋了海洋潮汐現象，同時指出：引潮力同樣會影響大氣，就像它影響海洋一樣。因此，大氣潮汐的概念可以說是牛頓第一個提出來的。由於月球離地球近，太陽離地球遠，月球引潮力和太陽引潮力的比為11：5，因此對海洋而言，太陰潮比太陽潮顯著。當時令人費解的是，為什麼在大氣裏覺察不到太陰潮。1799～1830年，P.-S.拉普拉斯對潮汐現象進行了大量研究。他首先建立了海洋和大氣潮汐的動力理論，並且認為大氣中的氣壓半日振湯，不是由於潮汐力，而是由於太陽的熱力作用所引起的。但他未能說明為什麼會出現這種半日振湯比全日振湯強許多倍的現象。1882年，開爾文從氣壓變化的諧譜分析出發，提出了共振理論。他認為在大氣的自由振湯中，可能有一個比較接近於12小時的振湯周期。由於共振，溫度的半日振湯被放大，使它的氣壓反應比周期為24小時的更為強烈。因此，雖然周期為半日的引潮力很小，但由於熱力作用所激發的半日周期氣壓分波，卻遠較全日分波為大。隨後，J.W.S.瑞利研究了大氣的自由振湯周期，發現大氣有周期為23.8小時和13.7小時的兩種振湯，因而無法證明開爾文的共振理論。後來，H.蘭姆、S.查普曼和G.I.泰勒對大氣振湯問題作了詳細的討論，求得相應的自由振湯周期是10.5小時。1937年，C.L.皮克利斯采用五層大氣模式，證明了大氣中有周期為10.5小時和12小時的自由振湯。現代的潮汐理論，不是從開爾文的單純溫度共振出發，而是建立在同時考慮大氣動力和熱力因子的較複雜的流體力學方程組基礎上的理論，它包括了太陽熱力的重要影響，故稱為現代動力理論。它可以解釋太陽和太陰半日周期的氣壓振湯，以及太陽半日周期分量大於其全日周期分量的事實。
許多研究結果指出，大氣潮汐不僅在氣壓場上有反映，而且在大氣風場、地球磁場等方麵也有反映。在對流層、平流層、中層和電離層中都有大氣潮汐現象，而且在高層和高緯度地區分別比低層和低緯度地區更加明顯。
3．水星淩日
在人類曆史上，第一次預告水星淩日是“行星運動三大定律“的發現者，德國天文學家開普勒（1571至1630年）。他在1629年預言：1631年11月7日將發生稀奇天象--水星淩日。當日，法國天文學家加桑迪在巴黎親眼目睹到有個小黑點（水星）在日麵上由東向西徐徐移動。從1631年至2003年，共出現50次水星淩日，其中，發生在11月的有35次，發生在5月的僅有15次。每100年，平均發生水星淩日13．4次。