Zasymulował ten efekt używając "terrelli", sfery w zbiorniku próżniowym, ku której skierował wiązki promieni katodowych, zidentyfikowanych później jako elektrony. Odkrył, że faktycznie powodują one świecenie w okolicach biegunów terrelli. Z powodu pozostałego w zbiorniku gazu, świecenie znaczyło również drogę naładowanych cząstek. Ani on, ani jego asystent Carl Størmer (który obliczył owe ścieżki) nie rozumieli, dlaczego zorza omija pobliże samych biegunów. Obecnie wiemy, że ma to związek z początkiem zorzowych elektronów, które jest wewnątrz Ziemskiej magnetosfery. Birkeland wierzył, że elektrony przybywają ze Słońca, skoro okresy aktywności zórz były połączone z aktywnością plam słonecznych.
Birkeland skonstruował szereg terrelli. Jeden duży eksperyment z terrellą został zrekonstruowany w Tromsø, w Norwegii.
Inne terrelle Niemiecki baron Carl Reichenbach (1788–1869) eksperymentował z terrellą. Użył elektromagnesu, umieszczonego wewnątrz pustej sfery z żelaza i w ciemności poddawał ją elektryfikacji pod różnymi kątami. Baron nazywał swój żelazny glob "terrellą" lub "małą ziemią".