El resplandor del aire ionizado es la emisión luminiscente de luz azul-púrpura-violeta característica, a menudo de un color llamado azul eléctrico , por el aire sometido a un flujo de energía ya sea directa o indirectamente proveniente de la radiación solar . [1]
Procesos
Cuando se deposita energía en el aire, las moléculas de aire se excitan. Como el aire está compuesto principalmente de nitrógeno y oxígeno , se producen moléculas de N 2 y O 2 excitadas. Estas pueden reaccionar con otras moléculas, formando principalmente ozono y óxido de nitrógeno (II) . El vapor de agua , cuando está presente, también puede desempeñar un papel; su presencia se caracteriza por las líneas de emisión de hidrógeno. Las especies reactivas presentes en el plasma pueden reaccionar fácilmente con otras sustancias químicas presentes en el aire o en superficies cercanas.
Desexcitación del nitrógeno
El nitrógeno excitado se desexcita principalmente por emisión de un fotón , con líneas de emisión en la banda ultravioleta, visible e infrarroja:
N2 * → N2 + hν
La luz azul observada se produce principalmente por este proceso. [2] El espectro está dominado por líneas de nitrógeno ionizado simple, con presencia de líneas de nitrógeno neutro.
Desexcitación del oxígeno
El estado excitado del oxígeno es algo más estable que el del nitrógeno. Si bien la desexcitación puede ocurrir por emisión de fotones, el mecanismo más probable a presión atmosférica es una reacción química con otras moléculas de oxígeno, formando ozono: [2]
A los pocos minutos de la explosión de vapor que provocó el accidente de Chernóbil a la 01:23 hora local, los empleados de la central salieron al exterior para tener una visión más clara de la magnitud de los daños. Uno de esos supervivientes, Alexander Yuvchenko , relata que, una vez que se detuvo en el exterior y miró hacia la sala del reactor, vio un rayo de luz azulado , parecido a un láser , "muy bonito" , causado por la ionización del aire, que parecía "inundarse hasta el infinito". [10] [11]
Auroras , tonos azul violáceos a veces observables, emitidos por el nitrógeno a altitudes más bajas.
Bandera
Espectro de emisión del nitrógenoEspectro de emisión del oxígenoEspectro de emisión del hidrógeno (el vapor de agua es similar pero más tenue)
En el aire seco, el color de la luz producida (por ejemplo, por un rayo) está dominado por las líneas de emisión del nitrógeno, lo que produce un espectro con líneas de emisión principalmente azules. Las líneas de nitrógeno neutro (NI), oxígeno neutro (OI), nitrógeno ionizado simple (NII) y oxígeno ionizado simple (OII) son las características más destacadas de un espectro de emisión de rayos. [13] El nitrógeno neutro irradia principalmente en una línea en la parte roja del espectro. El nitrógeno ionizado irradia principalmente como un conjunto de líneas en la parte azul del espectro. [14]
Un tono violeta puede aparecer cuando el espectro contiene líneas de emisión de hidrógeno atómico. Esto puede suceder cuando el aire contiene una gran cantidad de agua, por ejemplo, cuando los relámpagos a baja altitud pasan por tormentas eléctricas . El vapor de agua y las gotas de agua pequeñas se ionizan y se disocian más fácilmente que las gotas grandes, por lo que tienen un mayor impacto en el color. [ cita requerida ]
Las líneas de emisión de hidrógeno a 656,3 nm (la línea fuerte H-alfa ) y a 486,1 nm (H-beta) son características de los relámpagos. [15] Los átomos de Rydberg , generados por relámpagos de baja frecuencia, emiten en un color rojo a naranja y pueden dar al relámpago un tinte amarillento a verdoso. ( ¿confuso? ) [ cita requerida ]
Generalmente, las especies radiantes presentes en el plasma atmosférico son N 2 , N 2 + , O 2 , NO (en aire seco) y OH (en aire húmedo). La temperatura, la densidad electrónica y la temperatura electrónica del plasma se pueden inferir de la distribución de las líneas rotacionales de estas especies. A temperaturas más altas, están presentes líneas de emisión atómica de N y O, y (en presencia de agua) H. Otras líneas moleculares, por ejemplo CO y CN, marcan la presencia de contaminantes en el aire. [16]
Radiación de Cherenkov
La emisión de luz azul se suele atribuir a la radiación de Cherenkov . [8] [ verificación necesaria ] La radiación de Cherenkov es producida por partículas cargadas que viajan a través de una sustancia dieléctrica a una velocidad mayor que la velocidad de la luz en ese medio. A pesar de la producción de luz de color similar y una asociación con partículas de alta energía, la radiación de Cherenkov se genera por un mecanismo fundamentalmente diferente. [ cita requerida ]
^ "Airglow". www.albany.edu . Consultado el 13 de diciembre de 2021 .
^ ab Wiberg, Egon; Wiberg, Nils; Holleman, Arnold Frederick (2001). Química inorgánica (1.ª edición en inglés). San Diego, California: Academic Press. pág. 1655. ISBN0-12-352651-5.
^ Goodstein, David L.; Goodstein, Judith R. (2013). Robert F. Christy: 1916–2012 (PDF) . Memorias biográficas. Academia Nacional de Ciencias. pág. 7.
^ "Christy, Robert F. Entrevista realizada por Sara Lippincott. Pasadena, California, 15, 17, 21 y 22 de junio de 1994". Proyecto de Historia Oral, Archivos del Instituto Tecnológico de California. 1998. p. 55. Consultado el 5 de agosto de 2021 .
^ Christy, Robert (6 de julio de 2017). La prueba de la Trinidad: «Un espectáculo espeluznante y asombroso» (20/9) (vídeo). Web of Stories: historias de vida de personas notables. El acontecimiento se produce en el minuto 1'47". Archivado desde el original el 15 de diciembre de 2021, a través de YouTube.
^ Operación Dominic I: 1962 (PDF) (Informe). Agencia Nuclear de Defensa. pág. 247. DNA 6040F.
^ Informe de campo de Cherokee sobre las operaciones en Bikini, página 10, citado en Hansen, Chuck (1995). Las espadas del Armagedón: desarrollo de armas nucleares en Estados Unidos desde 1945. Sunnyvale, California: Chukelea Publications. 1307. OCLC 1109685186.
^ Bethge, Philip (25 de noviembre de 2010). "Nubes en forma de hongo y peligro omnipresente: los camarógrafos supervivientes recuerdan las imágenes de las pruebas nucleares". Der Spiegel . [El fotógrafo George Yoshitake dijo] "Durante varios minutos después de la explosión, se podía ver un extraño resplandor ultravioleta en lo alto del cielo. Y pensé que era espectacular, muy significativo".
^ Meyer, CM (marzo de 2007). "Chernobyl: ¿qué pasó y por qué?" (PDF) . Energize . Muldersdrift, Sudáfrica. pág. 41. ISSN 1818-2127. Archivado desde el original (PDF) el 11 de diciembre de 2013.
^ Bond, Michael (21 de agosto de 2004). "Cheating Chernobyl" (Engañando a Chernóbil) . New Scientist . Vol. 183, núm. 2461. pág. 46. ISSN 0262-4079.
^ Strutt, RJ (2004) [Publicado originalmente en 1906]. Los rayos de Becquerel y las propiedades del radio . Mineola, NY: Dover Publications. p. 20. ISBN0-486-43875-9.
^ Uman, Martin A. (1984). Lightning . Dover Publications. pág. 139. ISBN0-486-64575-4.
^ Uman, Martin A. (1986). Todo sobre los rayos . Dover Publications. pág. 96. ISBN0-486-25237-X.
^ Orville, Richard E. (1980). "Espectros diurnos de relámpagos individuales en la región de 370–690 nm". Revista de meteorología y climatología aplicadas . 19 (4): 470–473. Código Bibliográfico :1980JApMe..19..470O. doi : 10.1175/1520-0450(1980)019<0470:DSOILF>2.0.CO;2 .
^ Laux, CO; Spence, TG; Kruger, CH; Zare, RN (2003). "Diagnóstico óptico de plasmas de aire a presión atmosférica" (PDF) . Plasma Sources Science and Technology . 12 (2): 125. Bibcode :2003PSST...12..125L. doi :10.1088/0963-0252/12/2/301. S2CID 250824737.
