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Lichtstreuung macht den Himmel auf der Erde blau...

... und weiter Mars Gelb Rot. Schließlich ist die Atmosphäre viel dünner, sodass blaues Licht kaum gestreut wird. Außerdem absorbieren Staubpartikel hauptsächlich blaues Licht.

Rayleigh-Streuung ist die Streuung von Licht durch Partikel kleiner als die Wellenlänge des Lichts. Der Effekt wurde benannt nach Lord Rayleigh wer hat es erklärt. Rayleigh-Streuung tritt auf, wenn Licht durch eine transparente Flüssigkeit oder einen Feststoff hindurchtritt, kann aber am deutlichsten bei Gasen beobachtet werden. Rayleigh-Streuung in der Atmosphäre ist der Grund für die wolkenlosen Himmelblau ist.^[1]

Partikelgröße und Wellenlänge

Die Stärke der Rayleigh-Streuung für einen Lichtstrahl hängt von der Größe der Partikel und der Wellenlänge des Lichts. Besonders stark ist die Wellenlängenabhängigkeit: Die Streulichtmenge beträgt invers proportional mit dem vierten Leistung der Wellenlänge. In Formelform ist die Intensität eines Streulichtstrahls:

${displaystyle I=I_{0}{frac {1 cos ^{2} heta }{2R^{2}}}left({frac {2pi }{lambda }}ight)^{4}left({frac {n ^{2}-1}{n^{2} 2}}Nacht)^{2}links({frac {d}{2}}Nacht)^{6}}$

bei welchem R der Abstand ist zu einem Teilchen, θ der Streuwinkel zum einfallenden Strahl mit der Intensität ${displaystyle I_{o}}$, nein das Brechungsindex des Teilchens und d der Durchmesser des Teilchens.

Wenn das einfallende Licht polarisiert ist (zum Beispiel von a Laser-), dann ist in der obigen Formel der Term 1 cos² durch sin²θ zu ersetzen.

Blauer Himmel

Rayleigh-Streuung in der Nähe der Sonne

Die starke Wellenlängenabhängigkeit ${displaystyle (1/lambda )^{4}}$ bewirkt, dass blaues Licht viel stärker gestreut wird als rotes Licht: blaues Licht hat eine etwa doppelt so kurze Wellenlänge wie rotes Licht, blaues Licht ist daher ${Displaystil 2^{4}=16}$ mal auch verstreut. Die Atmosphäre streut das Licht in alle Richtungen und gibt die sanfte blaue Farbe, außer wo die Sonne direkt sichtbar ist.

Man könnte daher denken: "Warum ist der Himmel nicht violett? Immerhin ist seine Wellenlänge noch kleiner." Aber die Erklärung dafür ist, dass das menschliche Auge für lila Licht nicht so empfindlich ist wie für blaues Licht.

Der rote Teil des Lichts wird daher weniger gestreut und durchquert die Atmosphäre oder verlässt sie sogar wieder.

rote Sonne

Der Effekt ist auch zu sehen bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang, wenn Sonnenlicht einen viel größeren Weg durch die Atmosphäre zurücklegen muss, um den Boden zu erreichen. Dieser zusätzliche Weg durch die Atmosphäre verursacht eine noch stärkere Streuung des blauen – und in geringerem Maße grünen – Lichts, aber immer noch eine geringe Streuung des roten Lichts. Dies ist als deutliche Rötung des Himmels zur Sonne hin zu erkennen. In abgeschwächter Form lässt die Abschwächung des blauen Lichts die Sonne gelb werden.

Sonstige Streuung

Sind die Partikel größer als die Wellenlänge des Lichts, dann ist die Streuung nicht mehr wellenlängenabhängig und das Licht kann sich daher nicht in verschiedene Farben auftrennen. Solche Streuprozesse lassen sich beispielsweise in a Wolke (die Wassertröpfchen sind größer als die Wellenlänge des Lichts) das daher bei Tageslicht weiß aussieht. Andere Beispiele sind in Wasser gelöste Makromoleküle wie in Milch, sehen Tyndall-Effekt.

Verweise

Siehe die Kategorie Atmosphärische Rayleigh-Streuung von Wikimedia Commons für Mediendateien zu diesem Thema.