MieStreuung

MieStreuung bezeichnet die Streuung elektromagnetischer Wellen an einer homogenen, isotropen Kugel. Die Theorie, benannt nach Gustav Mie, ist die vollständige Lösung der Maxwell-Gleichungen für sphärische Partikel in einem Medium. Sie deckt den gesamten Bereich von kleinen Partikeln bis hin zu großen Partikeln ab und verbindet dabei die Grenzfälle der Rayleigh-Streuung (x<<1) und der geometrischen Optik (x>>1).

Zentrale Größen sind der Größeparameter x = 2π r / λ und der relative Brechungsindex m = n_particle / n_medium. Die Streuung wird durch unendlich viele Kopplungen elektromagnetischer Multipole beschrieben. Die Ergebnisgrößen sind der Streuquerschnitt Q_sca, der Extinktionsquerschnitt Q_ext und der Absorptionsquerschnitt Q_abs; die Richtungsabhängigkeit wird durch die Phasenfunktion festgelegt. Die Berechnung erfolgt über die Koeffizienten a_n und b_n, die aus den Maxwell-Gleichungen hergeleitet werden.

Anwendungsgebiete umfassen die atmosphärische Wissenschaft (Aerosol- und Wolkenstreuung), Planetologie und Materialforschung. Mie-Theorie dient der Bestimmung von Partikelgrößenverteilungen, Brechungsindices und Konzentrationen aus Streulichtmessungen.

Praktisch erfordert die Berechnung numerische Verfahren, da die unendliche Koeffizientenreihe abgeschnitten werden muss. Erweiterungen umfassen beschichtete Kugeln (Kern-Umhüllung) sowie Methoden für nicht-sphärische Partikel (T-Matrix, Diskrete-Dipol-Approximation).