烟花的颜色ENROES中文
水面上的烟花：红、绿、蓝的爆炸

正在点燃引信…

看得见的化学

烟花的颜色从哪里来

烟花的红、绿、蓝，各来自一种金属，只在少数几个狭窄的波段上发光；金色和白色则是高温发出的光。衍射眼镜把每一颗火花分解成它的波长，就像化学家读光谱一样。本页的颜色都是根据已发表的谱带表计算出来的。

做一枚烟花弹

点击天空，发射一枚烟花弹。

1

每一种颜色，都是火焰里的一种金属#

彩色亮珠（“星”）是烟花弹炸开后飞出并燃烧的药粒，其中含有一种金属的盐。在火焰中，这种金属形成小分子（钠和锂则以自由原子存在），只在某些波长上发光：锶发红光，钡发绿光，铜发蓝光，钠发黄光，钙发橙光。

2003 年，烟火研究者 W. Meyerriecks 和 K. L. Kosanke 把每种盐喷进约 1900 °C 的燃烧器火焰中，记录发出的光。本页的彩色亮珠按他们的表格绘制（钠和锂取自 NIST 原子谱线表），再用人类色觉的标准模型换算成颜色。

2

透过衍射眼镜，一颗火花变成一排衍射像#

这里画的衍射眼镜每毫米有 500 条线，市面上看烟花用的眼镜就有这种规格。它让每个波长偏折各自的角度：400 纳米的紫光偏 11.5°，700 纳米的深红光偏 20.5°。于是每颗火花两侧都会出现衍射像，它发出的每个波长各一个，蓝色离火花最近。

钠只发一种颜色：589.0 和 589.6 纳米的两条谱线，靠得太近，这里分不开。所以一枚钠烟花弹会向两侧各投出一个清晰的自己。

3

两种看起来一样的红#

上面是锶，下面是锂。在肉眼看来，它们几乎是同一种红。戴上眼镜，两者就分开了。锂的光几乎全部集中在 670.8 纳米的一条谱线上，所以只留下一个干净的衍射像。

锶的红光来自两种分子，形成一串模糊的衍射像：一氯化锶（SrCl）在 674 和 661 纳米处最强；氢氧化锶分子（SrOH）在 682 和 671 纳米处发光，并在 606 纳米处发出橙光。颜色分不出元素时，光谱仪就是这样把它们分开的。

4

绿色来自氯化钡#

钡的绿色主要来自火焰中形成的一氯化钡分子（BaCl），在 514 和 524 纳米有两条强谱带。透过眼镜，衍射像窄而且挨得很近。

所以经典的钡绿配方里需要氯。没有氯时，钡会生成氢氧化钡和氧化钡；氧化钡在从绿色到红色的宽广波段内发光，绿色就变淡了。

5

为什么蓝色最难#

蓝色来自氯化亚铜（CuCl），它主要在约 410 到 500 纳米之间发光，最强在 436 纳米。火焰温度超过某个上限，这种分子就会分解。一种估计把上限定在约 1500 开尔文（约 1230 °C），热力学模型给出的上限则约为 2500 开尔文（约 2230 °C）；2003 年的测量在约 1900 °C 的火焰中记录到了氯化亚铜发出的强光。

超过上限时，发绿光的氢氧化亚铜（CuOH）占了上风，炽热的颗粒发出白光。下方模拟的是燃烧温度过高的蓝色亮珠。化学家称蓝色为所有颜色中最具挑战性的一种：在 2021 年对十种蓝色配方的比较中，最纯的一种平均色纯度只有 56%。

戴上眼镜看看：好的蓝色，窄窄的蓝色和蓝绿色衍射像紧挨着火花；太热的那颗多出明亮的绿色衍射像和一道彩虹。

6

金色和白色来自高温，而不是化学#

有些光并不集中在特定波长上，而是连续的光谱。燃烧的木炭和炽热的金属颗粒，像电炉丝一样发光：所有颜色同时发出，比例由温度决定。透过眼镜，它们拉出一整道没有缺口的彩虹。

上方的金色垂柳由木炭火花形成，下落时逐渐冷却变红。下面是燃烧金属的炽热颗粒形成的白色星。镁大约在 1865 年进入烟花，铝在 1894 年。模拟中采用的温度是为了呈现火花的外观而选定的，并非实测值。

7

一点点钠，就让红色变橙#

钠几乎无处不在，它的黄色谱线又强，微量的钠就足以改变颜色。2003 年的测量中，研究团队连喷蒸馏水时都看到了 589 纳米的峰。

上面是一颗锶星；下面是同一颗星，其中三分之一的光来自钠。肉眼看去是橙色。透过眼镜，一个清晰的黄色衍射像从红色阶梯中跳了出来。

8

红蓝混合出的紫色，没有对应的单一波长#

彩虹从红色延伸到紫色，但红光与蓝光混合成的紫色不在光谱中。紫色的星同时燃烧一种发红光的金属和一种发蓝光的金属，也就是锶和铜，由眼睛把两者混合起来。

透过眼镜，它们又分开了：蓝色衍射像贴近火花，红色衍射像远远在外，中间还有铜较弱谱带留下的淡淡蓝绿色。

9

侧过来的心，是一条线#

心形烟花弹里的星，平铺排成一颗心的形状。正面看，是一颗心（左）。稍微转一点，它变窄（中）。从侧面看，就是一条线（右）。

烟花弹炸开的角度是随机的，它不知道你站在哪里。所以天上的心形和笑脸图案常常难以辨认。

10

先看到闪光，再听到响声#

光几乎瞬间就到。声音在 20 °C 的空气中每秒约走 343 米，所以你站得越远，响声来得越晚。

用画面上的按钮打开声音，再移动发射点。响声是合成的，延迟是真实的。

做一枚烟花弹#

选一种颜色和一种形状，然后发射，或者直接点击天空。戴上眼镜，看看它是由什么组成的。你可以把做好的烟花弹发给别人：链接会在这里把它打开。

颜色
形状

看衍射像，猜金属#

眼镜已经戴上。一枚烟花弹炸开：这是什么金属？共五轮。看衍射像，别看颜色。

早期的烟花没有颜色吗？#

常有人这么说。历史学家 Simon Werrett 认为，16 和 17 世纪的烟花手册里已经有彩色火焰的配方；只是那时的颜色更多在彩绘布景、装饰和服装里，而不在火焰中。

鲜亮的彩色火焰是随着氯酸钾出现的。烟火师 Alan St. H. Brock 在 1922 年写道：“这项创新的确切时间，似乎是 1830 年前后。”

四个热爱烟花的地方#

中国

现存最早的成文火药配方，见于约 1040 至 1044 年编成的军事著作《武经总要》。孟元老在《东京梦华录》里记载开封宫中百戏：“忽作一声如霹雳，谓之‘爆仗’。”

周密在《武林旧事》里写杭州元夕：“宫漏既深，始宣放烟火百余架。”如今，湖南省市场监管部门报告，浏阳烟花爆竹出口占全国总量的 70% 以上（2024 年 2 月）。

英格兰

1605 年 11 月，经枢密院许可，人们为火药阴谋的失败点起了第一批“篝火之夜”的篝火；次年 1 月通过的《11 月 5 日纪念法》（1605 年）把这一天定为每年的感恩日。这部法律在 1859 年被废止，篝火却一直留了下来。

1749 年 4 月，亨德尔为皇家烟火创作的音乐在沃克斯豪尔花园彩排，据称吸引了超过 1.2 万人。正式燃放那晚，伦敦绿园下了雨，一座亭子着了火。

西班牙和墨西哥

瓦伦西亚的法雅节于 2016 年列入联合国教科文组织名录，节期是 3 月 14 日至 19 日，但从 3 月 1 日到 19 日，每天下午两点都会燃放“马斯克莱塔”（mascletà）：一场白天的表演，节奏和声响比颜色更重要。

在墨西哥，图尔特佩克被称为全国烟花之都。西班牙皇家语言学院词典把烟花（fuegos artificiales）定义为由火药装置产生的“彩色光和爆响”。

罗马尼亚

罗马尼亚语的烟花一词 artificii 来自法语 artifice。据历史学家 Florian Georgescu 记载，1844 年 6 月 29 日布加勒斯特基谢列夫公园开园时，有公众宴饮、彩灯照明和“焰火”（focuri de artificii）。

关于更早几个世纪公国宫廷新年的记载（Anton Maria Del Chiaro 和 Dimitrie Cantemir）描述了祝酒时鸣放的礼炮和火枪。

本页的颜色是怎样算出来的#

来自测量的部分

每个谱带峰的位置和相对高度：锶、钙、钡、铜的分子取自 Meyerriecks 和 Kosanke 2003 年论文所列数值（经拟合，取整到 1 纳米，每种发光体最强峰定为 100）；钠和锂的原子谱线取自美国国家标准与技术研究院（NIST）的手册。

选定的部分

每条谱带画多宽（分子用标准差 2.2 纳米的钟形曲线）；一颗星里各种分子各占多少（锶和钙均设为氯化物与氢氧化物各占一半；钡的氯化物占 85%）；锂在火焰中 610 纳米弱谱线的强度（3%）；金色和白色火花的温度；眼镜中衍射像的亮度；爆炸的大小、水面和烟。

从光谱到颜色

每条光谱都用 CIE 1931 标准观察者换算成颜色，这是色彩科学使用的人类色觉模型。这里画出的纯发光体大多比屏幕能显示的更纯，因此在保持色相和明度的前提下降低饱和度，将这些颜色映射到屏幕色域内，即 CSS Color 4 的方法。真实的亮珠还混有其他光，颜色更淡：2021 年测量的蓝色都在屏幕色域之内。

一项核对

这里根据谱带表算出的颜色，与 2003 年论文根据分离光谱算出的颜色并列。两者接近，说明表格和方法能重现论文的结果。氢氧化钙和氢氧化亚铜差得最多，原因尚不清楚。

没有画的部分

频闪和噼啪效果没有画：快速闪烁可能让一些人癫痫发作，而找到的资料也没有描述它们的光。爆炸在屏幕上保持较小，每秒闪光少于三次。

根据谱带表算出的颜色与 2003 年论文所给颜色的对比（CIE 1931 x, y）
分子或原子颜色本页计算值（x，y）2003 年论文值（x，y）
氯化锶红0.719，0.2810.720，0.280
氢氧化锶红0.670，0.3300.679，0.321
氯化钙橙0.665，0.3350.661，0.338
氢氧化钙橙0.578，0.4210.630，0.369
氯化钡绿0.088，0.8110.094，0.811
氢氧化钡（近似）蓝绿0.062，0.6560.066，0.606
氯化亚铜蓝0.155，0.0470.156，0.073
氢氧化亚铜绿0.194，0.7410.290，0.666
钠黄0.570，0.4290.576，0.423

资料来源#