瑞利散射

　　瑞利散射（Rayleigh scattering）是由比光波波长还要小的气体分子质点引起的。散射能力与光波波长的四次方成反比，波长愈短的电磁波，散射愈强烈；如雨过天晴或秋高气爽时，就因空中较粗微粒比较少，青蓝色光散射显得更为突出，天空一片蔚蓝。瑞利散射的结果，减弱了太阳投射到地表的能量，使地面的紫外线极弱而不能作为遥感可用波段；使到达地表可见光的辐射波长峰值向波长较长的一侧移动，当电磁波波长大于1微米时，瑞利散射可以忽略不计。

　　入射光在线度小于光波长的微粒上散射后散射光和入射光波长相同的现象。由英国物理学家瑞利提出而得名。

人物简介

　　瑞利，十九世纪最著名的物理学家之一，1842年11月12日出生于英国的莫尔登。据说，瑞利刚开始上学时并不用功，他虽然人很聪明，可却十分贪玩，学习成绩一直平平。10岁那年曾连续两次逃学，为此，他的爸爸妈妈很替他着急，为了孩子的前途，他们决定迁居伦敦。环境的改变，对瑞利的成长起到了良好的作用。另外，瑞利的父母还特地为他聘了一名家庭女教师，从此瑞利一改以前贪玩的习性，一心埋进书本中。

　　瑞利对物理学曾出了很大的贡献，他在声学、波的理论、光学、光的散射、电力学、电磁学、水力学、液体流动理论方面都做出了不可磨灭的贡献，1904年，他因和拉姆塞同时发现了惰性元素氩（Ar）而荣获了该年度的诺贝尔物理学奖。

相关实验

　　将强光源S所发出的光束入射到装满水的玻璃容器上，水内加上几滴牛奶使之成为浑浊物质，光通过这类物质后发生散射，从正侧方向（垂直于入射光的传播方向，如Z方向）观察时，散射光带青蓝色，即此入射光含有较多的短波；从面对入射光的方向（X方向）看，则通过容器的光显得比较红。

　　1871年，瑞利在经过反复研究，反复计算的基础上，提出了著名的瑞利散射公式，当光线入射到不均匀的介质中，如乳状液、胶体溶液等，介质就因折射率不均匀而产生散射光。瑞利研究表明，即使均匀介质，由于介质中分子质点不停的热运动，破坏了分子间固定的位置关系，从而也产生一种分子散射，这就是瑞利散射。瑞利经过计算认为，分子散射光的强度与入射光的频率（或波长）有关，即四次幂的瑞利定律

　　正午时，太阳直射地球表面，太阳光在穿过大气层时，各种波长的光都要受到空气的散射，其中波长较长的波散射较小，大部分传播到地面上。而波长较短的蓝、绿光，受到空气散射较强，天空中的蓝色正是这些散射光的颜色，因此天空会呈现蓝色。

　　这也就是为什么朝霞晚霞是红色的原因：波长较长的红光不易被散射

　　正是由于波长较短的光易被散射掉，而波长较长的红光不易被散射，它的穿透能力也比波长短的蓝、绿光强，因此用红光作指示灯，可以让司机在大雾迷漫的天气里容易看清指示灯，防止交通事故的发生。

量子力学表示

　　瑞利散射的量子力学表示如图所示，它能给出很直观的散射图象。图中虚线表示的能级称虚能级，虚能级并不对应于散射系统的任何实际能态，仅给出光量子高于初态的能量。实际跃迁是通过某一虚能级的两个虚跃迁过程来完成的， 它使一个能量为 hv 的入射光子湮灭（h 为普朗克常数，v 为频率），而同时产生一个能量与入射光子相同的散射光子。因此发生散射时，虽然系统的能量状态最终没有改变，但是系统仍直接参与了散射作用。瑞利散射总是与喇曼散射（见喇曼光谱学）同时出现，前者的强度通常约为入射光强度的 10^-3 。散射过程有相干性，光子的动量可近似看作是守恒的，对受激的瑞利散射，根据相干要求，入射光与散射光子态间有一定的相位关系。