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{{noteTA
|G1=Physics 
}}
[[File:The Coorong South Australia.jpg|thumb|瑞利散射導致白天的天空的藍色色調和太陽在日落發紅。]]
[[File:Rayleigh scattering after sunset at 500m altitude-2008.jpg|thumb|瑞利散射在日落之後更加明顯。這張照片是在日落後，大約一小時在500米海拔高度拍攝，方向对着在地平線上的太陽。]]
[[File:Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.jpg|thumb|right|[[激光器]]的光束是可見的，部分原因是因為存在於空氣中的各種顆粒和分子的瑞利散射。]]

'''瑞利散射'''（{{lang-en|Rayleigh scattering}}），由英国物理学家[[第三代瑞利男爵約翰·斯特拉特]]（John Strutt, 3rd Baron Rayleigh）的名字命名。<ref>{{Cite journal |last=Strutt |first=J.W. |date=1871-02 |title=XV. On the light from the sky, its polarization and colour |url=https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/14786447108640452 |journal=The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science |language=en |volume=41 |issue=271 |doi=10.1080/14786447108640452 |issn=1941-5982}}</ref><ref>{{Cite journal |last=Strutt |first=J.W. |date=1871-06 |title=LVIII. On the scattering of light by small particles |url=https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/14786447108640507 |journal=The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science |language=en |volume=41 |issue=275 |doi=10.1080/14786447108640507 |issn=1941-5982}}</ref><ref>{{Cite journal |last=Rayleigh |first=Lord |date=1881-08 |title=X. On the electromagnetic theory of light |url=https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/14786448108627074 |journal=The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science |language=en |volume=12 |issue=73 |doi=10.1080/14786448108627074 |issn=1941-5982}}</ref><ref>{{Cite journal |last=Rayleigh |first=Lord |date=1899-04-01 |title=XXXIV. On the transmission of light through an atmosphere containing small particles in suspension, and on the origin of the blue of the sky |url=https://doi.org/10.1080/14786449908621276 |journal=The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science |volume=47 |issue=287 |doi=10.1080/14786449908621276 |issn=1941-5982}}</ref>它是半径比[[光]]或其他[[電磁學|電磁]]輻射的[[波长]]小很多的微小颗粒（例如單個原子或分子）对入射光束的散射。瑞利散射在光通過透明的固體和液體時都會發生，但以[[氣體]]最為顯著。在大氣中，太陽光的瑞利散射會導致[[瀰漫天空輻射]]，這也是天空为藍色和太陽偏黃色的原因。

瑞利散射光的強度和入射光波长λ的四次方成反比：

<math>I(\lambda)_{scattering} \propto \frac{ I(\lambda)_{incident}}{\lambda^4}</math>

其中<math>\scriptstyle I(\lambda)_{incident}</math>是入射光的光強分布函數。

因此，[[藍光|波長較短的藍光]]比波長較長的[[紅光]]更易產生瑞利散射。

==應用==
[[File:Rayleigh sunlight scattering.png|thumb|right|250px|該圖顯示在大氣中，相對於紅光，藍光的散射光比例比较大。]]
瑞利散射適用於尺寸遠小於光波長的微小顆粒，和光學的“軟”顆粒（即其[[折射率]]接近1）。当顆粒尺度相似或大於散射光的波長时，通常是由[[米氏散射]]理論、[[離散偶極子近似]]和其它計算技術来處理。

瑞利散射可以解釋為甚麼白天的天空多為藍色。白天，尤其太陽在頭頂時，當太陽光經過大氣層時，與半徑遠小於可見光的波長的空氣分子發生瑞利散射，因為藍光比紅光波長短，瑞利散射較激烈，被散射的藍光佈滿了整個天空，從而使天空呈現藍色。而紫光雖然波長較藍光更短，散射較激烈，能量也較高，但因人眼對不同顏色的敏感度不同，以黃綠色敏感度最高，往兩邊呈鐘形分佈，換言之，人眼對藍色的敏感度遠大於紫色，所以天空看起來仍是藍色。而人所見的太陽光因為多為直射光而非散射光，所以顏色基本上未改變，仍呈現白色——波長較長的紅黃色光與波長較短的藍綠色光（少量被散射了）的混合。

瑞利散射也可以解釋為甚麼當日出或日落時，雲朵多為紅橙色。當日出或日落時，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較長的路程，所看到的直射光中的藍光大量都被散射了，只剩下紅橙色的光，因此太陽附近呈現紅色，雲朵也因反射太陽光而呈現紅橙色，而天空則呈現較為昏暗的藍黑色。

事實上，月球的天空即使在白天也是黑的，便是因為其並無大氣層，缺乏瑞利散射所致。

==推導==
大氣中的分子在入射光電矢量作用下會極化，從而產生偶極輻射，輻射能流密度的平均值為
:<math display="block"> \langle \mathbf{S} \rangle = \bigg(\frac{\mu_0p_0^2\omega^4}{32\pi^2 c}\bigg) \frac{\sin^2\theta}{r^2} \mathbf{\hat{r}}
</math>。

==瑞利非偏振散射光強度==
<math>I_0</math>表示入射光強度，<math>\theta</math>爲入射光與散射光的夾角.
:<math display="block">I = I_0 \frac{8\pi^4\alpha^2}{\lambda^4 R^2}(1+\cos^2\theta).</math>

==參見==
* [[天空漫射]]
* [[瑞利衰落信道]]（Rayleigh fading channel）
* [[拉曼效应|拉曼散射]]（Raman scattering），又稱[[拉曼效应]]（Raman effect）
* [[光學現象]]
* [[动态光散射]]
* [[米氏散射]]
* [[廷得耳效應]]（{{lang|en|Tyndall effect}}）
* [[角分辨率|瑞利準則]]，又稱瑞利判據（Rayleigh criterion）

==參考==
{{reflist}}

==參考書籍==
{{ReflistH}}
*C.F. Bohren, D. Huffman, ''Absorption and scattering of light by small particles'', John Wiley, New York 1983. Contains a good description of the asymptotic behavior of Mie theory for small size parameter (Rayleigh approximation).
* {{cite book|last=Ditchburn|first=R.W.|year=1963|title=Light|url=https://archive.org/details/light0000ditc|url-access=registration|edition=2nd|pages=[https://archive.org/details/light0000ditc/page/582 582–585]|publisher=Blackie & Sons|location=London|isbn=978-0-12-218101-6}}
* {{Cite journal |last=Chakraborti |first=Sayan |date=2007-09 |title=Verification of the Rayleigh scattering cross section |url=http://aapt.scitation.org/doi/10.1119/1.2752825 |journal=American Journal of Physics |language=en |volume=75 |issue=9 |doi=10.1119/1.2752825 |issn=0002-9505 |arxiv=physics/0702101 |bibcode=2007AmJPh..75..824C |access-date=2022-11-20 |archive-date=2022-11-20 |archive-url=https://web.archive.org/web/20221120030459/https://aapt.scitation.org/doi/10.1119/1.2752825 |dead-url=no }}
* {{cite book|last=Ahrens|first=C. Donald|year=1994|title=Meteorology Today: an introduction to weather, climate, and the environment|edition=5th|pages=[https://archive.org/details/meteorologytoday00ahre/page/88 88–89]|publisher=West Publishing Company|location=St. Paul MN|isbn=978-0-314-02779-5|url=https://archive.org/details/meteorologytoday00ahre/page/88}}
* {{Cite journal |last=Lilienfeld |first=Pedro |date=2004-06-03 |title=A Blue Sky History |url=https://opg.optica.org/abstract.cfm?URI=opn-15-6-32 |journal=Optics and Photonics News |language=en |volume=15 |issue=6 |doi=10.1364/OPN.15.6.000032 |issn=1047-6938}}
{{ReflistF}}

{{光学}}

[[Category:大氣光學現象]]
[[Category:光学现象]]
[[Category:散射]]
[[Category:能见度]]
[[Category:光]]