2019-12-10 17:26:35

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一种光学现象,属于散射的一种情况。又称"分子散射"。

前提:粒子尺度远小于入射光波长(小于波长的十分之一)。

瑞利散射具有如下特点:①散射光强与波长四次方成反比。②粒子前半部和后半部的散射光通量相等,按(1+cos□□)的关系分布。③前向(□ =0)和后向(□=180□)的散射光最强,都比垂直方向(□ =90□、270□)强一倍。④前向和后向的散射光与入射光偏振状态相同;而垂直方向的散射光为全偏振,即其平行分量(振动方向与观测平面平行的分量,观测平面系由入射光和散射光组成的平面)为零,只存在垂直分量(图1 瑞利散射的光强分布)。[2]

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基本信息

  • 中文名

    瑞利散射

  • 外文名

    Rayleighscattering

  • 相关术语

    大气散射

  • 学科分支

    大气物理学

折叠 编辑本段 简介

瑞利散射(Rayleigh scattering)由英国物理学家瑞利的名字命名。它是半径比光的波长小很多的微粒对入射光散射。瑞利散射光的强度和入射光波长λ的4次方成反比:

公式公式

其中

公式公式

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。

折叠 编辑本段 现象解释

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,当日光经过大气层时,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。

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。

折叠 编辑本段 公式推导

大气中的离子可视为偶极子,其振荡辐射能量

辐射功率为:

公式2公式2

其中单个原子的偶极为:

公式3公式3

其中ω0是原子的自然频率

整体辐射强度为:

公式4公式4

按辐射强度定义有:

公式5公式5

其中是每单位体积内的原子数。于是有

公式6公式6

其中

公式7公式7

因为

公式8公式8

,所以距离越远,波长较短的强度越低。

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大气物理科学

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