瑞利散射

瑞利散射[编辑]

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瑞利散射导致白天的天空的蓝色色调和太阳在日落发红。

瑞利散射在日落之后更加明显。这张照片是在日落后约一小时在500米海拔高度拍摄，方向对着著在地平线上的太阳。

5毫瓦绿色激光笔光束是在夜间可见的，部分原因是因为存在于空气中的各种颗粒和分子的瑞利散射。

瑞利散射（Rayleigh scattering），由英国物理学家瑞利的名字命名。[1]它是半径比光或其他电磁辐射的波长小很多的微小颗粒对入射光束的散射。颗粒可以是单个原子或分子。它可以发生在当光通过透明的固体和液体，但在气体中最显著。

1871年，瑞利在经过反复研究，反复计算的基础上，提出了著名的瑞利散射公式，当光线入射到不均匀的介质中，如乳状液、胶体溶液等，介质就因折射率不均匀而产生散射光。瑞

利研究表明，即使均匀介质，由于介质中分子质点不停的热运动，破坏了分子间固定的位置关系，从而也产生一种分子散射，这就是瑞利散射。瑞利经过计算认为，分子散射光的强度与入射光的频率（或波长）有关，即四次幂的瑞利定律

在大气中太阳光的瑞利散射会导致弥漫天空辐射，这就是天空为蓝色和的太阳本身为黄色色调的原因。

当颗粒尺度相似或大于散射光的波长时，通常是由米氏散射理论，离散偶极子近似（英语：Discrete dipole approximation）和其它计算技术来处理。瑞利散射适用于相对于光波长的小的颗粒，和光学的“软”颗粒（即，其折射率接近1）。 瑞利散射光的强度和入射光波长λ的4次方成反比：

其中

是入射光的光强分布函数。

也就是说，波长较短的蓝光比波长较长的红光更易散射。

目录

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1 蓝天与夕阳

2 推导 3 参见 4 参考

5 参考书籍

蓝天与夕阳[编辑]

该图显示在大气中，相对于红光，蓝光的散射光比例比较大。

瑞利散射可以解释天空为什么是蓝色的。白天，太阳在我们的头顶，当太阳光经过大气层时，与空气分子（其半径远小于可见光的波长）发生瑞利散射，因为蓝光比红光波长短，瑞利散射发生的比较激烈，被散射的蓝光布满了整个天空，从而使天空呈现蓝色，但是太阳本身及其附近呈现白色或黄色，是因为此时你看到更多的是直射光而不是散射光，所以日光的颜色（白色）基本未改变——波长较长的红黄色光与蓝绿色光（少量被散射了）的混合。

但因为人眼对不同颜色的敏感度不同,以黄绿色敏感度最高,往两边呈钟形分布,因此人眼对蓝色的敏感度远大于紫色,所以即使散射的可见光波长中紫光能量最高,人眼看起来仍是蓝色

当日落或日出时，太阳几乎在我们视线的正前方，此时太阳光在大气中要走相对很长的路程，你所看到的直射光中的蓝光大量都被散射了，只剩下红橙色的光，这就是为什么日落时太阳附近呈现红色，而云也因为反射太阳光而呈现红色，但天空仍然是蓝色的，只能说是非常昏暗的蓝黑色。如果是在月球上，因为没有大气层，天空即使在白天也是黑的。

推导[编辑]

大气中的离子可视为偶极子，其振荡会幅射能量。

?

幅射功率为：

（见电偶极子幅射）

其中单个原子的偶极为：

其中

?

是原子的自然频率。 整体辐射强度为：

?

按辐射强度定义有：

其中是每单位体积内的原子数。于是有

其中

因为

，所以距离越远，波长较短的强度越低。