瑞利散射

瑞利散射（Rayleigh scattering），由英国物理学家约翰·斯特拉特，第三代瑞利男爵（John Strutt, 3rd Baron Rayleigh）的名字命名。它是半径比光或其他电磁辐射的波长小很多的微小颗粒（例如单个原子或分子）对入射光束的散射。瑞利散射在光通过透明的固体和液体时都会发生，但以气体最为显著。在大气中，太阳光的瑞利散射会导致弥漫天空辐射，这也是天空为蓝色和太阳偏黄色的原因。瑞利散射适用于尺寸远小于光波长的微小颗粒，和光学的“软”颗粒（即其折射率接近1）。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、离散偶极子近似和其它计算技术来处理。瑞利散射光的强度和入射光波长λ的四次方成反比：I ( λ ) s c a t t e r i n g ∝ I ( λ ) i n c i d e n t λ 4 {displaystyle I(lambda )_{scattering}propto {frac {I(lambda )_{incident}}{lambda ^{4}}}}其中 I ( λ ) i n c i d e n t {displaystyle scriptstyle I(lambda )_{incident}} 是入射光的光强分布函数。因此，波长较短的蓝光比波长较长的红光更易产生瑞利散射。瑞利散射可以解释天空为什么是蓝色的。白天，太阳在头顶，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，瑞利散射发生得比较激烈，被散射的蓝光布满了整个天空，从而使天空呈现蓝色，但是太阳本身及其周围呈现白色或黄色，是因为此时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，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。大气中的分子在入射光电矢量作用下会极化，从而产生偶极辐射，辐射能流密度的平均值为I 0 {displaystyle I_{0}} 表示入射光强度， θ {displaystyle theta } 为入射光与散射光的夹角.