レイリー散乱

2013-12-11T07:31:56Z

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[[File:SDIM0241b.jpg|thumb|right|250px|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）（[[ジョン・ウィリアム・ストラット|レイリー卿ジョン・ウィリアム・ストラット]]にちなむ）は、[[光]]の[[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]]な[[液体]]や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て、空が青くみえるのはレイリー散乱による。

散乱の量は粒子の大きさと光の波長による。散乱[[係数]]は波長の4乗に[[反比例]]する。

レイリー散乱の散乱係数''k''<sub>s</sub> は下式のようになる。
:<math> k_s = \frac {2 \pi^5} {3} n \left( \frac {m^2 - 1} {m^2 + 2} \right)^2 \frac {d^6} {\lambda^4} </math>
::''n''は粒子数
::''d''は粒子径
::''m''は反射係数
::λは波長

これから波長の短い青は赤よりも多く散乱される。「[[夕焼け]]」・「[[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。

光の波長と同程度以上のサイズの粒子（散乱体）による光散乱は粒子を球形と仮定した場合[[ミー散乱]]理論で扱われる。

[[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。トレーサとしては[[散乱断面積]]の大きい物質が用いられる。

散乱係数の波長と散乱粒子の大きさに関わるパラメータとしてサイズパラメータ
:<math> \alpha = \frac {\pi D} {\lambda} </math>
::''D'':粒子直径
::λ:波長

があり、

:<math> \alpha \ll 1 </math> はレイリー散乱、
:<math> \alpha \approx 1 </math> は[[ミー散乱]]、
:<math> \alpha \gg 1 </math>　は幾何光学近似で表現できる。

== 関連項目 ==
* [[ミー散乱]] - レイリー散乱と違い、光の波長と同程度かそれよりも大きいサイズの粒子による光の散乱。

{{デフォルトソート:れいりいさんらん}}
[[Category:光学]]
[[Category:物理化学の現象]]
[[Category:気象学]]
[[Category:分散系]]

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