Rayleigh-Streuung
Physik
Basiswissen
Aus physikalischer Sicht ist Rayleigh-Streuung eine hauptsächlich elastische Streuung von Licht (oder auch Materiewellen) an gebundenen Elektronen[1]. Diese Streuung bewirkt mehrere optische Phänomeme in der Atmosphäre.
Merkmale der Rayleigh-Streuung
- Der Durchmesser der streuenden Teilchen ist klein im Vergleich zur Wellenlänge λ ist.[4]
- Es wird keine Energie übertragen[3], die Streuung ist elastisch ↗
- Elastisch heißt auch: die Welle verliert keine Energie, die Frequenz bleibt auch erhalten.
- In der Atmosphäre sind solche Teilchen vor allem die Luftmoleküle (02, N2 etc.).
- Die Intensität steigt mit der vierten Potenz der Lichtfrequenz[5]
- Die Intensität wächst quadatisch mit dem Teilchenvolumen[5] quadratisches Wachstum ↗
- Man betrachtet die Strahlung oft im Teilchenmodell, Stichwort Impuls ↗
- Daher spricht man von Streuung (Teilchen) und nicht von Beugung (Wellen).
- Die Rayleigh-Streuung tritt vor allem an gebundenen Elektronen auf.
Welche Lichtphänomene entstehen durch die Streuung?
- Die Rayleigh-Streuung ist verantwortlich für die Luftperspektive ↗
- Aufgrund dieser Streuung entsteht das Himmelsblau ↗
- Ebenso entsteht auch das Abendrot ↗
- und das Morgenrot ↗
Was hat die Streuung mit der Sichtweite zu tun?
- Je stärker die Streuung, desto weniger weit kann man sehen.
- Mit zunehmender Streuung wird es immer diesiger.
- Lies mehr dazu unter Sichtweite ↗
Fußnoten
- [1] Elastisch: "Rayleigh scattering (RS) is the elastic spreading of electromagnetic radiation from bound electrons, after they have been excited to virtual states far from resonances." In: Roberto Piazza: Scattering, Rayleigh. Encyclopedia of Condensed Matter Physics (Second Edition). Volume 4, 2024, Pages 215-227 DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-323-90800-9.00039-1
- [2] Atmosphärische Optik: "Molecular RS plays a primary role in atmospheric optics accounting for the blue color of the sky and a large number of optical phenomena ranging from rainbows to fogbows, glories, halos, coronae, blue sun and moon, and the white color of clouds and snow, to cite only a few." In: Roberto Piazza: Scattering, Rayleigh. Encyclopedia of Condensed Matter Physics (Second Edition). Volume 4, 2024, Pages 215-227 DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-323-90800-9.00039-1
- [3] Keine Energieübertragung: "Matter responsible for Rayleigh scattering neither loses nor gains energy in that process – and so the scattered light has the same frequency as the radiation from which it is produced." In: David L. Andrews: Rayleigh Scattering and Raman Effect, Theory. Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry (Third Edition), 2017. ISBN: 978-0-12-803224-4.
- [4] Bei der Rayleigh-Streuung "ist der Durchmesser der Partikel viel kleiner als die Wellenlänge des eingestrahlten Lichts. Trifft dieses Licht auf sich z.B. in Lösung befindende Partikel, so kommt es zu einer charakteristischen, annähernd symmetrischen Streuung des Lichts nach allen Seiten." In: Spektrum Lexikon der Biologie. Dort der Artikel Rayleigh-Streuung. Abgerufen am 14. Januar 2024. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/rayleigh-streuung/55843
- [5] "Die Intensität ist der 4. Potenz der Wellenlänge umgekehrt und der 2. Potenz des Teilchenvolumens direkt proportional." In: Spektrum Lexikon der Biologie. Dort der Artikel Rayleigh-Streuung. Abgerufen am 14. Januar 2024. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/rayleigh-streuung/55843
