¿Por qué el color del rayo es blanco o azul en lugar de nada?

TL; DR: El aire en los rayos se calienta. Las cosas calientes (como el Sol) emiten luz en un amplio espectro; incluso visibles. Tiene razón, habrá emisiones fuera de lo visible, pero su ojo no lo detecta. Entonces, el flash se ve blanco azulado para el ojo humano.

Respuesta más completa:

La luz que ves es el resultado de que el aire se calienta mucho, mucho.

Y al igual que el sol, que es muy caliente, es blanco, también lo es el relámpago.

Los electrones pueden emitir radiación en una amplia gama de energías, dependiendo de la tasa de desaceleración. Cuando golpean un objetivo de tungsteno en un tubo de rayos X, se desaceleran muy repentinamente desde un punto de partida muy alto, por lo tanto, los rayos X. Si comienzan con energías "térmicas altas" y se desaceleran golpeando (Z más bajo, densidad más baja) moléculas de aire, su espectro será más como un espectro de cuerpo negro. Un cuerpo negro caliente - blanco. Pero también hay algún componente de rayos X en los relámpagos: simplemente no puedes verlos, y la mayor parte se absorbe en el aire antes de que te alcance.

Además, recuerde que si un objeto es muy brillante, con solo una pequeña fracción de su emisión en el espectro visible, seguirá "pareciendo" blanco (o azulado). A modo de ilustración, aquí hay un cálculo del espectro de la luz solar (5700 K) y los rayos ( aproximadamente 30 000 K; obviamente, la temperatura cambia durante el rayo y de un rayo a otro; pero la mayor parte de la luz se genera mientras está más calientes, con lo de siempre$T^4$relación dominante de la Ley de Stefan-Boltzmann). Escale la gráfica para los rayos a un máximo de 1,0 para comparar la forma y luego la escalé para que pueda comparar su forma con la forma de la luz solar. De hecho, la intensidad a 30,000 K es MUCHO más brillante que la luz del sol; si usara el mismo factor de escala para todas las curvas, no vería mucho...

Puede ver que los rayos (suponiendo una temperatura de 30 000 K) emiten principalmente "luz" en los rayos ultravioleta, pero hay un componente en el visible, que será azulado, pero que nuestros ojos perciben como blanco.

Poniendo las curvas en la misma escala logarítmica, puede ver que la intensidad es mayor a mayor temperatura para todas las longitudes de onda:

Lectura adicional: http://phys.org/news/2008-07-scientists-source-x-rays-lightning.html

Citando de ese artículo:

"Nadie entiende cómo los rayos producen rayos X", dijo Martin Uman, profesor de ingeniería eléctrica e informática. "A pesar de alcanzar temperaturas cinco veces más calientes que la superficie del sol, la temperatura de los rayos sigue siendo miles de veces demasiado fría para explicar los rayos X observados".

Dos pensamientos finales:

1. A la presión y temperatura dentro del relámpago (el calentamiento instantáneo a 30 000 K debería elevar la presión localmente a 100 bar), obtendrá un ensanchamiento espectral significativo, es decir, ensanchamiento Doppler (átomos que se acercan o se alejan del observador con la misma probabilidad, a una velocidad de alrededor de 5000 m/s), y la ampliación de la colisión (el corto tiempo entre colisiones "reinicia" las oscilaciones naturales; a alta temperatura y presión, el tiempo característico entre colisiones puede volverse lo suficientemente corto como para importar). Estas cosas juegan dentro de las lámparas de descarga de alta intensidad utilizadas en aplicaciones de iluminación exigentes (espectro de http://www.lamptech.co.uk/Images/Illustrations/SO%20SPD 's.jpg):

Tal ampliación espectral ayudará a "blanquear" la luz un poco más.

2. La cuestión de los rayos X se planteó en la cita anterior. Es muy posible que algunos de los electrones de alta energía (que después de todo se aceleran en un campo de miles de V/m) viajen una distancia considerable (y por lo tanto obtengan una energía significativa) antes de chocar con una molécula de aire; su repentina desaceleración puede dar lugar a mayores emisiones de energía, incluidos los rayos X. El modelo de radiación de cuerpo negro no describe bien la presencia de tales electrones acelerados y, por lo tanto, no debería sorprender que haya cosas "más allá del espectro predicho".

El alto voltaje del arco eléctrico separa electrones e iones, formando brevemente un plasma. Cuando los electrones y los iones se recombinan en un gas, los electrones antes libres caen a un estado de menor energía en órbita alrededor de sus iones, y la diferencia de energía se emite como luz. Este es el destello brillante que ves. Además, el gas recién recombinado estará muy caliente, por lo que brillará brevemente. El volumen de gas caliente es bastante pequeño, por lo que puede enfriarse rápidamente y dejar de brillar.