プラズマが光る理由

ネオン管やプラズマボール。
雷やオーロラ。

全てプラズマが関わる発光現象なわけですが・・・なぜそもそも光るのでしょうか。
実はそこには、原子と電子の、とても素直なやり取りがあります。

難しい数式は抜きにして、順番にひも解いていきましょう。

原子が元気いっぱいになるから

プラズマボール
放電によって光る電気の筋が球体内でゆらめく「プラズマ状態」＝「第4の状態」を見せる装置

出典：Title『Plasma-lamp』-Photo by Luc Viatour /GNU Free Documentation License,Wikimedia Commons CC BY-SA 3.0より

プラズマとは、簡単に言うと、原子がとても元気な状態です。

ふだんの気体では、原子や分子は落ち着いたエネルギー状態にあります。
ところが、強い電気や高温が加わると、話が変わります。

エネルギーをたっぷり受け取った原子は、中の電子が普段より高いエネルギー状態へと押し上げられます。
いわば、電子がテンション高めになっている状態ですね。

この時点では、まだ光は出ていません。
ただし、光が生まれる準備は、すでに整っています。

ようするに原子や電子がエネルギーをもらって「興奮した状態」。これが、プラズマ発光の第一段階です。

電子がぶつかって光が生まれる

プラズマの中では、自由に動ける電子が大量に存在しています。

これらの電子は、電気の力で加速され、他の原子や分子に次々とぶつかります。
この衝突が、発光の引き金になります。

電子が原子にぶつかると、原子の中の電子が、さらに高いエネルギー状態へ跳ね上がることがあります。
これを、「原子の励起」と呼びます。

重要なのは、このやり取りがプラズマ中で、何度も、何度も起きているという点。
だから、プラズマは常に光り続けて見えるんですね。

ようするにプラズマの光は、電子同士や原子との衝突が連鎖的に起こることで生まれているということです。

もとの状態にもどるときに光る

実は、光が出る決定的な瞬間は、元の状態に戻るときです。

どういうことか。

まずエネルギーをもらって高い状態にあった電子は、ずっとそのままでいることができません。
しばらくすると、より安定した低いエネルギー状態へ戻ろうとします。

このとき、余ったエネルギーが、 光として外へ放出されるんです。
これが、私たちの目に見える光の正体！

まとめると── プラズマの光は、電子が興奮状態から落ち着くときに放たれるエネルギー。
戻る動きこそが、光を生み出しているんですね。

突き詰めると、プラズマが光る理由は、とてもシンプルです。

1. エネルギーを受け取る。
2. 電子が跳ね上がる。
3. 元に戻るときに光る。

つまりプラズマの発光は、原子と電子がエネルギーをやり取りした結果として現れる自然な現象。
派手に見えて、仕組みはとても素直なんですね。