瑞利散射
瑞利散射
一種光學現象，屬於散射的一種情況。又稱"分子散射"。前提:粒子尺度遠小於入射光波長(小于波長的十分之一)。瑞利散射具有如下特點:①散射光強與波長四次方成反比。②粒子前半部和後半部的散射光通量相等，按(1+cos□□)的關係分佈。③前向(□ =0)和後向(□=180□)的散射光最強，都比垂直方向(□ =90□、270□)強一倍。④前向和後向的散射光與入射光偏振狀態相同；而垂直方向的散射光為全偏振，即其平行分量(振動方向與觀測平面平行的分量，觀測平面系由入射光和散射光組成的平面)為零，只存在垂直分量(圖1 瑞利散射的光強分佈)。
瑞利散射（Rayleigh scattering）由英國物理學家瑞利的名字命名。它是半徑比光的波長小很多的微粒對入射光的散射。瑞利散射光的強度和入射光波長λ的4次方成反比：
其中
是入射光的光強分佈函數。也就是說，波長較短的藍光比波長較長的紅光更易散射。
（1）天空的顏色
由於瑞利散射的強度與波長四次方成反比，所以太陽光譜中波長較短的藍紫光比波長較長得紅光散射更明顯，而短波中又以藍光能量最大，所以在雨過天晴或秋高氣爽時（空中較粗微粒比較少，以分子散射為主），在大氣分子的強烈散射作用下，藍色光被散射至瀰漫天空，天空即呈現蔚藍色。
另外，由於大氣密度隨高度急劇降低，大氣分子的散射效應相應減弱，天空的顏色也隨高度由蔚藍色變為青色（約 8 公里）、暗青色（約 11 公里）、暗紫色（約 13 公里）、黑紫色（約 21 公里），再往上，空氣非常稀薄，大氣分子的散射效應極其微弱，天空便為黑暗所湮沒。可以說，瑞利散射的結果，減弱了太陽投射到地表的能量。
瑞利散射
瑞利散射
（2）晚霞的顏色
當日落或日出時，太陽幾乎在我們視線的正前方，此時太陽光在大氣中要走相對很長的路程，我們所看到的直射光中的波長較短藍光大量都被散射了，只剩下紅橙色的光，這就是為什麼日落時太陽附近呈現紅色，而雲也因為反射太陽光而呈現紅色，但天空仍然是藍色的。
（3）海水的顏色
海水顏色即海面向上輻射的可見光所呈現的表觀顏色，其與海水包含的物質成分密切相關：在清潔的大洋水中，懸浮顆粒少，粒徑小，分子散射起著主要的作用，其散射服從瑞利散射定律, 呈深藍色（峰值的波長約為 470 nm）。
（1）尺度數α
散射的程度變化是粒子半徑（r）與輻射波長（λ）比例的函數，連同許多其它因子，像極化、角度、以及相干性等等。因此常引用無量綱尺度數作為判別標準：
當α遠小於1時，可用瑞利散射；
當時, 需用米散射；
當 時, 可用幾何光學。
（2）變化規律
下圖給出水滴的散射效率因子隨尺度數α變化的曲線。
瑞利散射
散射效率因子隨著α的增長表明了較短波長的光散射比較長波長的強。
瑞利散射
一個完美控制的激光束能夠準確地散射於一個微粒，產生出命定性的結果。這樣的狀況也會發生於雷達散射，目標大多數是宏觀物體，像飛機或火箭。
許多科技領域顯著地應用到散射和散射理論。例如，超聲波檢查、半導體晶元檢驗、聚合過程監視、電腦成像等等。
大氣中的離子可視為偶極子，其振蕩會輻射能量。
輻射功率為：
其中單個原子的偶極為：
其中是原子的自然頻率。
整體輻射強度為：
按輻射強度定義有：
其中是每單位體積內的原子數。於是有
因為，所以距離越遠，波長較短的強度越低。
基本信息
- 中文名
- 瑞利散射
- 外文名
- Rayleighscattering
- 學科分支
- 大氣物理學
- 相關術語
- 大氣散射