Почему цвет молнии белый или синий, а не ничего?

TL;DR: Воздух в молнии нагревается. Горячие предметы (например, Солнце) излучают свет в широком спектре; в том числе видимые. Вы правы, будут выбросы за пределы видимого, но ваш глаз этого не заметит. Таким образом, вспышка выглядит голубовато-белой для человеческого глаза.

Более полный ответ:

Свет, который вы видите, является результатом того, что воздух становится очень, очень горячим.

И как солнце, которое очень жарко, белое, так и молния.

Электроны могут испускать излучение в широком диапазоне энергий, в зависимости от скорости торможения. Когда они сталкиваются с вольфрамовой мишенью в рентгеновской трубке, они очень резко замедляются с очень высокой начальной точки — таким образом, рентгеновские лучи. Если они начинают с «высоких тепловых» энергий и замедляются, сталкиваясь (с меньшим Z, с меньшей плотностью) молекулами воздуха, их спектр будет больше похож на спектр черного тела. Горячее черное тело - белое. Но в молнии есть и рентгеновский компонент — его просто не видно, и большая его часть поглощается воздухом, прежде чем достигнет вас.

Кроме того, помните, что если объект очень яркий, с небольшой долей его излучения в видимом спектре, он все равно будет «выглядеть» белым (или голубоватым). В качестве иллюстрации привожу расчет спектра для солнечного света (5700 К) и молнии ( приблизительно 30 000 К — очевидно, температура меняется во время удара и от одного удара к другому; но большая часть света генерируется во время его самый горячий, с обычным$T^4$соотношение доминирующего закона Стефана-Больцмана). Я масштабировал график молнии до максимального значения 1,0 для сравнения формы, а затем масштабировал его, чтобы вы могли сравнить его форму с формой солнечного света. На самом деле интенсивность при 30 000 К НАМНОГО ярче солнечного света — если бы я использовал один и тот же коэффициент масштабирования для всех кривых, вы бы не увидели многого…

Вы можете видеть, что молния (при температуре 30 000 К) испускает в основном «свет» в УФ-диапазоне, но в видимом диапазоне есть компонент, который будет голубоватым, но который наши глаза воспринимают как белый.

Приведя кривые к одному логарифмическому масштабу, можно увидеть, что интенсивность больше при более высокой температуре для всех длин волн:

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

Цитата из той статьи:

«Никто не понимает, как молния создает рентгеновские лучи», — сказал Мартин Уман, профессор электротехники и вычислительной техники. «Несмотря на достижение температуры в пять раз выше, чем на поверхности Солнца, температура молнии все еще в тысячи раз ниже, чем наблюдаемые рентгеновские лучи».

Две заключительные мысли:

1. При давлении и температуре внутри разряда молнии (мгновенный нагрев до 30 000 К должен поднять давление локально до 100 бар) вы получите значительное спектральное уширение - то есть доплеровское уширение (атомы движутся к наблюдателю или от него с равной вероятностью, при скорости около 5000 м/с) и уширение столкновений (короткое время между столкновениями «сбрасывает» собственные колебания — при высоких температуре и давлении характерное время между столкновениями может стать достаточно коротким, чтобы иметь значение). Эти вещи играют внутри газоразрядных ламп высокой интенсивности, используемых в требовательных осветительных приборах (спектр из http://www.lamptech.co.uk/Images/Illustrations/SO%20SPD 's.jpg):

Такое спектральное уширение поможет еще больше «отбелить» свет.

2. Вопрос о рентгеновских лучах был поднят в приведенной выше цитате. Вполне возможно, что часть высокоэнергетических электронов (которые все-таки ускоряются в поле в тысячи В/м) проходят значительное расстояние (и поэтому получают значительную энергию), прежде чем столкнуться с молекулой воздуха — их внезапное торможение может тогда вызвать повышенное излучение энергии, включая рентгеновское излучение. Присутствие таких ускоренных электронов плохо описывается моделью излучения черного тела, и поэтому неудивительно, что существуют вещи «за пределами предсказанного спектра».

Высокое напряжение дуги молнии разделяет электроны и ионы, на короткое время образуя плазму. Когда электроны и ионы рекомбинируют обратно в газ, ранее свободные электроны переходят в более низкое энергетическое состояние на орбите вокруг своих ионов, и разница энергий излучается в виде света. Это яркая вспышка, которую вы видите. Кроме того, только что рекомбинированный газ будет очень горячим, поэтому он ненадолго начнет светиться. Объем горячего газа довольно мал, поэтому он может быстро остыть и перестать светиться.