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闪电是什么颜色的?(多图)

本帖由 漂亮的石头2015-07-06 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

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    [​IMG] Luyao Zou,物理化学专业/文理叠加态

    Well, 首先,看照片是不行的——大家都知道白平衡是个坑,理论上随便调成什么颜色都可以。而且显得白可能只是因为太亮了。

    所以,得看光谱

    闪电就是大气中的大规模放电,大气中的主要气体:氮气、氧气等等都会被电离出的电子激发到跃迁态,然后发射光。

    比如美国国家海洋和大气管理局的这篇文章中就发表了一张闪电光谱

    http://www.nssl.noaa.gov/users/mansell/icae2014/preprints/Walker_292.pdf

    [​IMG]

    左边这张“热谱”主要发生在闪电的 return stroke 持续到 20 微秒的阶段。右边的“冷谱”则持续到数毫秒。左图中,主要是电离掉了一个和两个电子的氮气、氧气离子的光谱。而右边则变回中性原子的光谱,其中氢原子在 656.3nm 的深红色 [​IMG] 线持续到数毫秒。这张“热谱”中短波的谱线很密集,所以应该是蓝紫色的,像这样(虽然我不知道照片的颜色是不是调出来的):

    [​IMG]

    再来两张例子,来自http://www.goes-r.gov/downloads/2011-Science-Week/day-01_spectral_studies_lightning.pdf

    [​IMG]

    这张里面标出谱线对应的物质了,比较容易看一点。这张谱看来是“冷谱”,原子的光谱比较强。可以看到,可见光段最强的几条谱线来自 H 原子的巴尔默系 alpha 线(656.3nm),氮原子(648.2nm),氧原子(615.7nm),以及 [​IMG][​IMG] 。这些谱线集中在 600-700nm 段,因此都是红色的。鉴于氮气氧气是空气的主要成分,看来闪电的基色调应该是红色不会差。你看这张例子中铜的绿色光谱很明显。和红色基调混合,可能就会让颜色偏橙黄,譬如这样的:

    [​IMG]

    [​IMG]

    而这一张应该是“热谱",你看最强的线都来自 [​IMG](当然还有 H-alpha)。这就红绿蓝三原色集齐了。所以可能会靠近白色吧,而且明显会很明亮,譬如像这样的:

    [​IMG]

    不同温度、电离条件、大气成分可能都会改变谱线的相对强弱,所以颜色还真不好说呀,只能具体情况具体分析咯。

    Kitt Peak National Observatory 的 L. Wallace 1964 年就发表了一份很详细的光谱

    L. Wallace, The Spectrum of Lightning, Astrophysical Journal, 139, 994 (1964)

    那时候还是用的银盐板,很复古有木有

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