瑞利散射

瑞利散射規律是由英國物理學家瑞利勳爵（Lord Rayleigh）於1900年發現的，因此得名。

為了要符合瑞利散射的要求，微粒的直徑必須遠小於入射波的波長，通常上界大約是波長的1/10（1-300 nm），此時散射光線的強度與入射光線波長的四次方成反比，也就是説，波長愈短，散射愈強。

另外，散射的光線在光線前進方向和反方向上的程度是相同的，而在與入射光線垂直的方向上程度最低 ^[1]  。

由於瑞利散射的強度與波長四次方成反比，所以太陽光譜中波長較短的藍紫光比波長較長的紅光散射更明顯，而短波中又以藍光能量最大，所以在雨過天晴或秋高氣爽時（空中較粗微粒比較少，以分子散射為主），在大氣分子的強烈散射作用下，藍色光被散射至瀰漫天空，天空即呈現蔚藍色。

另外，由於大氣密度隨高度急劇降低，大氣分子的散射效應相應減弱，天空的顏色也隨高度由蔚藍色變為青色（約 8 公里）、暗青色（約 11 公里）、 暗紫色（約 13 公里）、黑紫色（約 21 公里），再往上，空氣非常稀薄，大氣分子的散射效應極其微弱，天空便為黑暗所湮沒。可以説，瑞利散射的結果，減弱了太陽投射到地表的能量。 ^[2] 

當日落或日出時，太陽幾乎在我們視線的正前方，此時太陽光在大氣中要走相對很長的路程，我們所看到的直射光中的波長較短藍光大量都被散射了，只剩下紅橙色的光，這就是為什麼日落時太陽附近呈現紅色，而云也因為反射太陽光而呈現紅色，但天空仍然是藍色的。

水對可見光中紅光的吸收稍強於藍光，所以少量水呈現無色，大量水呈現藍色（可以理解為水其實是有着非常非常淡藍色的液體），在水中尺度較大的微粒的反射下使得海水看上去呈現較深的藍色，這是海水顏色的主要成因。同時在清潔的大洋水中，因為懸浮顆粒少，粒徑小，分子散射也起着一定作用，其散射服從瑞利散射定律，對海水的藍色也有一定的貢獻作用。

散射的程度變化是粒子半徑（r）與輻射波長（λ）比例的函數，連同許多其它因子，像極化、角度、以及相干性等等。因此常引用無量綱尺度數α = 2πr/λ作為判別標準：

當α遠小於0.1時，可用瑞利散射；

當α≥0.1 時，需用米散射；

當α>50 時，可用幾何光學。

圖1給出水滴的散射效率因子隨尺度數α變化的曲線。

從圖1中可以看出，當α很接近0時，散射效率因子隨α增長很快，這是瑞利散射的特徵。對一同一類散射粒子（例如空氣分子），因為半徑r是固定的，則α的加大意味着波長λ的減小。

散射效率因子隨着α的增長表明了較短波長的光散射比較長波長的強。 ^[3] 

一個完美控制的激光束能夠準確地散射於一個微粒，產生出命定性的結果。這樣的狀況也會發生於雷達散射，目標大多數是宏觀物體，像飛機或火箭。

許多科技領域顯著地應用到散射和散射理論。例如，超聲波檢查、半導體芯片檢驗、聚合過程監視、電腦成像等等。