瑞利散射 又名：Rayleighscattering

　　瑞利散射（Rayleigh scattering）是由比光波波長(zhǎng)還要小的氣體分子質(zhì)點(diǎn)引起的。散射能力與光波波長(zhǎng)的四次方成反比，波長(zhǎng)愈短的電磁波，散射愈強(qiáng)烈；如雨過(guò)天晴或秋高氣爽時(shí)，就因空中較粗微粒比較少，青藍(lán)色光散射顯得更為突出，天空一片蔚藍(lán)。瑞利散射的結(jié)果，減弱了太陽(yáng)投射到地表的能量，使地面的紫外線極弱而不能作為遙感可用波段；使到達(dá)地表可見(jiàn)光的輻射波長(zhǎng)峰值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的一側(cè)移動(dòng)，當(dāng)電磁波波長(zhǎng)大于1微米時(shí)，瑞利散射可以忽略不計(jì)。

　　入射光在線度小于光波長(zhǎng)的微粒上散射后散射光和入射光波長(zhǎng)相同的現(xiàn)象。由英國(guó)物理學(xué)家瑞利提出而得名。

人物簡(jiǎn)介

　　瑞利，十九世紀(jì)最著名的物理學(xué)家之一，1842年11月12日出生于英國(guó)的莫爾登。據(jù)說(shuō)，瑞利剛開(kāi)始上學(xué)時(shí)并不用功，他雖然人很聰明，可卻十分貪玩，學(xué)習(xí)成績(jī)一直平平。10歲那年曾連續(xù)兩次逃學(xué)，為此，他的爸爸媽媽很替他著急，為了孩子的前途，他們決定遷居倫敦。環(huán)境的改變，對(duì)瑞利的成長(zhǎng)起到了良好的作用。另外，瑞利的父母還特地為他聘了一名家庭女教師，從此瑞利一改以前貪玩的習(xí)性，一心埋進(jìn)書(shū)本中。

　　瑞利對(duì)物理學(xué)曾出了很大的貢獻(xiàn)，他在聲學(xué)、波的理論、光學(xué)、光的散射、電力學(xué)、電磁學(xué)、水力學(xué)、液體流動(dòng)理論方面都做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)，1904年，他因和拉姆塞同時(shí)發(fā)現(xiàn)了惰性元素氬（Ar）而榮獲了該年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

相關(guān)實(shí)驗(yàn)

　　將強(qiáng)光源S所發(fā)出的光束入射到裝滿水的玻璃容器上，水內(nèi)加上幾滴牛奶使之成為渾濁物質(zhì)，光通過(guò)這類(lèi)物質(zhì)后發(fā)生散射，從正側(cè)方向（垂直于入射光的傳播方向，如Z方向）觀察時(shí)，散射光帶青藍(lán)色，即此入射光含有較多的短波；從面對(duì)入射光的方向（X方向）看，則通過(guò)容器的光顯得比較紅。

　　1871年，瑞利在經(jīng)過(guò)反復(fù)研究，反復(fù)計(jì)算的基礎(chǔ)上，提出了著名的瑞利散射公式，當(dāng)光線入射到不均勻的介質(zhì)中，如乳狀液、膠體溶液等，介質(zhì)就因折射率不均勻而產(chǎn)生散射光。瑞利研究表明，即使均勻介質(zhì)，由于介質(zhì)中分子質(zhì)點(diǎn)不停的熱運(yùn)動(dòng)，破壞了分子間固定的位置關(guān)系，從而也產(chǎn)生一種分子散射，這就是瑞利散射。瑞利經(jīng)過(guò)計(jì)算認(rèn)為，分子散射光的強(qiáng)度與入射光的頻率（或波長(zhǎng)）有關(guān)，即四次冪的瑞利定律

　　正午時(shí)，太陽(yáng)直射地球表面，太陽(yáng)光在穿過(guò)大氣層時(shí)，各種波長(zhǎng)的光都要受到空氣的散射，其中波長(zhǎng)較長(zhǎng)的波散射較小，大部分傳播到地面上。而波長(zhǎng)較短的藍(lán)、綠光，受到空氣散射較強(qiáng)，天空中的藍(lán)色正是這些散射光的顏色，因此天空會(huì)呈現(xiàn)藍(lán)色。

　　這也就是為什么朝霞晚霞是紅色的原因：波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光不易被散射

　　正是由于波長(zhǎng)較短的光易被散射掉，而波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光不易被散射，它的穿透能力也比波長(zhǎng)短的藍(lán)、綠光強(qiáng)，因此用紅光作指示燈，可以讓司機(jī)在大霧迷漫的天氣里容易看清指示燈，防止交通事故的發(fā)生。

量子力學(xué)表示

　　瑞利散射的量子力學(xué)表示如圖所示，它能給出很直觀的散射圖象。圖中虛線表示的能級(jí)稱(chēng)虛能級(jí)，虛能級(jí)并不對(duì)應(yīng)于散射系統(tǒng)的任何實(shí)際能態(tài)，僅給出光量子高于初態(tài)的能量。實(shí)際躍遷是通過(guò)某一虛能級(jí)的兩個(gè)虛躍遷過(guò)程來(lái)完成的， 它使一個(gè)能量為 hv 的入射光子湮滅（h 為普朗克常數(shù)，v 為頻率），而同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)能量與入射光子相同的散射光子。因此發(fā)生散射時(shí)，雖然系統(tǒng)的能量狀態(tài)最終沒(méi)有改變，但是系統(tǒng)仍直接參與了散射作用。瑞利散射總是與喇曼散射（見(jiàn)喇曼光譜學(xué)）同時(shí)出現(xiàn)，前者的強(qiáng)度通常約為入射光強(qiáng)度的 10^-3 。散射過(guò)程有相干性，光子的動(dòng)量可近似看作是守恒的，對(duì)受激的瑞利散射，根據(jù)相干要求，入射光與散射光子態(tài)間有一定的相位關(guān)系。