Resplandor del aire ionizado

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]

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.

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.

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]

O2 * _{+ 2O2 →} 2O3

Esta reacción es responsable de la producción de ozono en la proximidad de materiales fuertemente radiactivos y descargas eléctricas.

La energía de excitación se puede depositar en el aire mediante varios mecanismos diferentes:

• La radiación ionizante es la causa del resplandor azul que rodea cantidades suficientes de materiales fuertemente radiactivos en el aire, por ejemplo, algunos especímenes de radioisótopos (por ejemplo, radio o polonio ), haces de partículas (por ejemplo, de aceleradores de partículas ) en el aire, los destellos azules durante accidentes de criticidad y el extraño/bajo brillo "púrpura" a "azul" resplandor que envuelve una nube de hongo durante las primeras docenas de segundos después de explosiones nucleares cerca del nivel del mar. Este efecto posterior a la explosión se ha observado solo por la noche en pruebas nucleares atmosféricas debido a su bajo brillo, y los observadores lo notaron después de la prueba Trinity antes del amanecer , ^{[3] [4] [5] [6]} así como Upshot-Knothole Annie , ^{[ cita requerida ]} Operation Fishbowl , ^[7] y la toma Cherokee de Operation Redwing . ^{[8] [9]}

• 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]}
• Los rayos catódicos en el aire producen este brillo azul. ^[12]
• La descarga eléctrica en el aire es la causa de la luz azul emitida por chispas eléctricas , rayos y descargas de corona (por ejemplo, el fuego de San Telmo ).
• Auroras , tonos azul violáceos a veces observables, emitidos por el nitrógeno a altitudes más bajas.

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]

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 ]}

• Resplandor del aire