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瑞利散射与分子散射导致的各种景象

2009-05-29 14:07阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1465802900

一、瑞利散射及瑞利散射定律
 1、瑞利散射：通常我们把线度小于光的波长的微粒对入射光的散射，称为瑞利散射（Rayleigh scattering）。
2、瑞利散射定律：瑞利在1871年提出了散射光强与波长的四次方成反比的关系，称为瑞利散射定律。
在散射微粒的尺度比光的波长小的条件下，作用在散射微粒上的电场可视为交变的均匀场，于是散射微粒在极化时只感生电偶极矩而没有更高级的电矩。按照电磁理论，偶极振子的辐射功率正比于频率的四次方。瑞利认为，由于热运动破坏了散射微粒之间的位置关联，各偶极振子辐射的子波不再是相干的，计算散射光强时应将子波的强度而不是振幅叠加起来。因此，散射光强正比于频率的四次方,即反比于波长的四次方。实验和理论都证明,较大的颗粒对光的散射不遵从瑞利散射定律，这时散射光强与波长的依赖关系就不十分明显了。
红光通过薄雾时比蓝光的穿透能力强，正是由于红光散射较弱的缘故，因此，信号旗和信号灯常采用红色。由于红外线的穿透能力比红光更强，因而更适用于远距离照相或遥感技术。
二、分子散射
在光学性质完全均匀的物质中，由于物质的原子性结构而存在着的不均匀性远小于波长，可略去不计，故光的散射作用不应该发生。但实际上甚至用最精细的方法除去气体或液体中所有尘埃和气体一切悬浮微粒时，也还在某种程度上可以观
察到散射光。这是由于物质分子密度，的涨落而引起的。因为密度的起伏取决于分子的无规则运动，所以这种散射称为分子散射。
晴朗的天空所以呈浅蓝色，也是由于大气的散射，大气散射一部分来自悬浮的尘埃，大部分则是由于密度涨落引起的分子散射，由于后者的尺度比前者小得多，所以锐利散射定律的作用更加明显。根据瑞利散射定律，浅蓝色和蓝色光比黄光和红光散射得更厉害。故散射光中波长较短的蓝光占优势。如白昼的天空之所以是亮的，完全是因为大气散射阳光的结果，要是没有大气层，即使在白昼，人们仰望天空，，将看到光耀炫目的太阳悬挂在漆黑的背景中，这是宇航员常见到的空中景象。
清晨日出或傍晚日落时，看到太阳呈红色。这是因为此时太阳光几乎平行与地面，穿过大气层最厚，所有波长较短的蓝光黄光等几乎都朝侧向散射，仅剩下波长较长的红光到达观察者（接近地面的空气中有尘埃，更增强了散射作用）。但此时仰观天空时仍是浅蓝色。而云块为阳光所照射，亦呈红色，（朝霞、晚霞）。正午时太阳所穿过的大气层最薄，散射不多，故太阳仍呈白色。
白云是由大气中的水滴组成的。由于这些水滴的半径与可见光的波长相比已不算很小，瑞利散射不再适用。水滴产生的散射与波长关系不大，这就是云雾呈现白色的缘由。

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