RayleighStreuung

RayleighStreuung, auch Rayleigh-Streuung genannt, beschreibt die elastische Streuung von Licht an Teilchen, die deutlich kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind. Typische Beispielteilchen in der Erdatmosphäre sind Moleküle wie Stickstoff und Sauerstoff. Das elektromagnetische Feld des einfallenden Lichts induziert in diesen Teilchen eine Schwingung (Dipol), der dann Strahlungen aussendet. Die Streuwahrscheinlichkeit hängt stark von der Wellenlänge ab und führt zu charakteristischen Farbphänomenen.

Eine zentrale Eigenschaft der Rayleigh-Streuung ist die starke Abhängigkeit von der Wellenlänge: Der Streuquerschnitt skaliert ungefähr wie die inverse vierte Potenz der Wellenlänge (proportional zu 1/λ^4). Das bedeutet, dass kurzwelliges Licht (Blau) viel stärker gest Streut wird als langwelliges Licht (Rot). Dieser Effekt erklärt unter anderem die blaue Himmelfarbe tagsüber. Die verminderte violette Empfindlichkeit des menschlichen Auges sowie die Absorption in der oberen Atmosphäre tragen zusätzlich dazu bei, dass der Himmel überwiegend blau erscheint.

In der Atmosphäre dominiert Rayleigh-Streuung durch gasförmige Moleküle; größere Partikel verursachen Mie-Streuung, deren Abhängigkeit von λ nicht so stark ist. Der Streuprozess besitzt eine charakteristische Winkelverteilung, die dem Dipol-Muster 1+cos^2θ folgt, wodurch die gestreute Intensität in bestimmten Winkeln relativiert wird und eine teilweise Polarisation des gestreuten Lichts entsteht (am stärksten bei 90° zum Streuungswinkel).

RayleighStreuung gilt für Teilchen, deren Größe deutlich kleiner als die Lichtwellenlänge ist, und spielt eine zentrale Rolle in der Atmosphärenoptik, Astronomie und Fernerkundung.