レイリー散乱

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日没1時間後に高度500mから見た日没方向の水平線

レイリー散乱(レイリーさんらん、: Rayleigh scattering)とは、波長よりも小さいサイズの粒子による光の散乱である。透明液体固体中でも起きるが、典型的な現象は気体中の散乱であり、太陽光が大気で散乱されることによって、空が青く見えるというものである。レイリー散乱という名は、この現象の説明を試みたレイリー卿にちなんで名付けられた[1][2][3][4][5]

理論[編集]

散乱波の波長 λ と散乱粒子の直径 d に関わるパラメータとして、円周率 π係数としたサイズパラメータ

があり、α ≪ 1 はレイリー散乱、α ≈ 1ミー散乱α ≫ 1幾何光学近似で表現できる。

小粒子近似[編集]

粒子が振動数 ν0双極振動子で、ν0 が入射光の振動数 ν に比して νν0 の場合、散乱強度 I

となる。ここで、I0 は入射光の強度、N, m, e は振動子の数と質量および電荷c光速である[6]

また、帯電していない粒子の場合は、散乱強度は粒子の直径と光の波長に依存し、下式で与えられる[7]

ここで、R は粒子までの距離θ は散乱角、n屈折率である。この式は、粒子の体積 V を用いると

と表す事も出来る[6]

散乱断面積 σs は波長の4乗に反比例し、下式によって求められる[8][9]

この式から、波長の短い青色の光が波長の長い赤色の光よりも多く散乱されることが説明される。夕焼けや朝焼けは、太陽と観測者の間に大気の存在する距離が日中と比べて長くなり、散乱を受けにくい赤色が届くことによって起こる。一方で、日中には波長が短い青が観測者の方に散乱されることにより、空全体が青く見える。

光学計測にも用いられ、特徴としては、信号強度が分子数密度に比例し、分光法より高強度であることが挙げられる。トレーサーとしては散乱断面積の大きい物質が用いられる。

脚注[編集]

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出典

参考文献[編集]

原論文[編集]

書籍[編集]

関連項目[編集]

外部リンク[編集]