Tại sao bầu trời có màu xanh?

Các phân tử không khí tán xạ ánh sáng mặt trời theo tán xạ Rayleigh, vốn mạnh hơn nhiều đối với các bước sóng ngắn (xanh) so với các bước sóng dài (đỏ), do đó ánh sáng tán xạ đến chúng ta từ khắp bầu trời chủ yếu có màu xanh.

Sự khác biệt giữa tán xạ Rayleigh và tán xạ Mie là gì?

Tán xạ Rayleigh áp dụng cho các hạt nhỏ hơn nhiều so với bước sóng và phụ thuộc mạnh vào bước sóng, trong khi tán xạ Mie áp dụng cho các hạt có kích thước tương đương bước sóng và tạo ra các mẫu phức tạp hơn, ít nhạy cảm với bước sóng hơn, như với các giọt nước trong mây.

Tán xạ sóng điện từ

Khi một sóng điện từ gặp một vật thể, nó tạo ra các điện tích dao động phát xạ lại, làm tán xạ sóng theo các hướng mới.

Tìm chủ đề với PaperMindSắp ra mắtFind papers & topics

Tools & resources

Tải xuống bản trình chiếu

Learn & explore

VideoSắp ra mắt

Definition

Tán xạ điện từ là quá trình trong đó một sóng tới tạo ra các điện tích và dòng điện dao động trong một vật thể, phát xạ lại sóng theo các hướng khác, được đặc trưng bởi các tiết diện và phân bố góc phụ thuộc vào kích thước của vật thể so với bước sóng và các tính chất điện từ của nó.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự tán xạ sóng điện từ bởi các hạt và vật cản: tiết diện tán xạ và hấp thụ, tán xạ Rayleigh bởi các hạt nhỏ hơn nhiều so với bước sóng, tán xạ Mie bởi các hạt có kích thước tương đương bước sóng, định lý quang học, và sự phụ thuộc của tán xạ vào kích thước, hình dạng và chiết suất. Nó liên kết các sóng tới với bức xạ được phát xạ lại bởi các dòng điện cảm ứng.

Core questions

Một vật thể phát xạ lại sóng điện từ tới như thế nào?
Tại sao tán xạ Rayleigh lại ưu tiên các bước sóng ngắn?
Sự tán xạ thay đổi như thế nào khi kích thước hạt tiếp cận bước sóng?

Key concepts

tiết diện tán xạ
tiết diện hấp thụ
tán xạ Rayleigh
tán xạ Mie
định lý quang học
lưỡng cực cảm ứng
tiết diện vi phân

Key theories

Tán xạ Rayleigh: Đối với các hạt nhỏ hơn nhiều so với bước sóng, lưỡng cực cảm ứng phát xạ lại với cường độ tỷ lệ nghịch với lũy thừa bậc bốn của bước sóng, giải thích màu xanh của bầu trời.
Tán xạ Mie: Đối với các hạt có kích thước tương đương bước sóng, nghiệm đầy đủ của các phương trình Maxwell cho một hình cầu cho ra chuỗi Mie, với các mẫu góc phức tạp và cộng hưởng phụ thuộc vào kích thước và chiết suất.

Clinical relevance

Lý thuyết tán xạ giải thích màu sắc và sự phân cực của bầu trời, viễn thám khí quyển và lidar, tiết diện radar, tán xạ ánh sáng được sử dụng để xác định kích thước hạt và nghiên cứu sol khí (aerosol) và keo (colloid), và chẩn đoán quang học trong mô sinh học.

History

Rayleigh đã giải thích bầu trời xanh thông qua sự tán xạ bởi các hạt nhỏ vào những năm 1870. Lorenz và, độc lập, Mie vào năm 1908 đã giải quyết bài toán tán xạ bởi một hình cầu có kích thước tùy ý, cung cấp khuôn khổ hiện là trung tâm của quang học sol khí, keo và khí quyển.

Key figures

John William Strutt (Lord Rayleigh)
Gustav Mie
Ludvig Lorenz

Seminal works

mie1908
bohren1983

Frequently asked questions

Tại sao bầu trời có màu xanh?: Các phân tử không khí tán xạ ánh sáng mặt trời theo tán xạ Rayleigh, vốn mạnh hơn nhiều đối với các bước sóng ngắn (xanh) so với các bước sóng dài (đỏ), do đó ánh sáng tán xạ đến chúng ta từ khắp bầu trời chủ yếu có màu xanh.
Sự khác biệt giữa tán xạ Rayleigh và tán xạ Mie là gì?: Tán xạ Rayleigh áp dụng cho các hạt nhỏ hơn nhiều so với bước sóng và phụ thuộc mạnh vào bước sóng, trong khi tán xạ Mie áp dụng cho các hạt có kích thước tương đương bước sóng và tạo ra các mẫu phức tạp hơn, ít nhạy cảm với bước sóng hơn, như với các giọt nước trong mây.