Ich habe Wikipedia und die Archieves von Physics Stack Exchange durchsucht und kann die Antwort auf diese beiden verwandten Fragen nicht finden. Wenn dies der Fall ist, führen Sie mich bitte dorthin, wo sich diese Informationen befinden.
Vielen Dank im Voraus für jede Hilfe.
1) Ja, in der realen Welt wird nur ein winziger Teil des Lichts durch die Rayleigh-Streuung gestreut. Dies kann als einfache Tatsache neu interpretiert werden, dass generische Orte am blauen Himmel weitaus weniger hell sind als die Sonne. Das bedeutet, dass die generischen Stellen des Himmels blau werden, aber die Sonne selbst weiß bleibt. Aus dem gleichen Grund behalten entfernte Berge ihre Farbe. Außerdem erhöhen die entfernten Berge die Menge an blauem Licht aus anderen Richtungen nicht viel, einfach weil die Intensität des Lichts, das von entfernten Bergen in unsere Augen reflektiert wird, erheblich geringer ist als die Intensität des direkt (oder nur mit Rayleigh-Streuung) kommenden Lichts Sonne für unsere Augen. Und selbst wenn es nicht kleiner wäre, zB wenn die Sonne knapp unter dem Horizont steht und die Berge gebraucht werden, gewinnen wir'
Rayleigh-Streuung wird durch Teilchen verursacht, die viel kleiner als die Wellenlänge sind, dh einzelne Atome und Moleküle, daher spielt es keine Rolle, um welche von ihnen es sich handelt. Die Rate der Rayleigh-Streuung ist daher mehr oder weniger proportional zur Luftdichte, was bedeutet, dass ein großer Teil davon in der Troposphäre auftritt, insbesondere in dem Teil, der näher an der Oberfläche liegt.
2) Die sich ändernde atmosphärische Dichte beeinflusst den Ausbreitungswinkel des Sonnenlichts nur dann wesentlich, wenn sich die atmosphärische Dichte auf Entfernungsskalen ändert, die mit der Wellenlänge vergleichbar sind. Wenn die Längenskala, auf der sich die Dichte ändert, viel länger ist, ist der Einfluss auf die Lichtrichtung vernachlässigbar und durch das Snellsche Gesetz berechenbar.
Wenn Sie sich jemals Formel-1-Rennen ansehen, sehen Sie vielleicht eine unscharfe, wogende, wasserähnliche Illusion in der Nähe des heißen Asphalts. Dies liegt tatsächlich an Dichteschwankungen, die durch die wechselnde Hitze in der Nähe des Asphalts verursacht werden (naja, ein Lagerfeuer hätte statt Formel 1 auch reichen können). In diesem Fall ändert sich die Lichtrichtung jedoch nur geringfügig, da die Bereiche heißer und kalter Luft immer noch viel länger sind als die Wellenlänge (etwa ein halbes Mikrometer).
Wenn Sie darüber nachdenken, wie man Dichteschwankungen vergleichbar mit der sehr kurzen Wellenlänge erhält, werden Sie feststellen, dass die Quelle in der statistischen Physik liegt und die natürlich schwankende Luftdichte aufgrund der statistischen Physik eigentlich nichts anderes als eine äquivalente makroskopische Beschreibung der ist Rayleigh-Streuung! Wenn Sie die Rayleigh-Streuung berechnen, können Sie entweder die Wirkung einzelner Luftmoleküle hinzufügen; oder Sie können direkt mit einer Verteilung vieler Luftmoleküle rechnen und die Quelle des Effekts ist, dass ihre Dichte nicht wirklich konstant ist, sondern schwankt. Diese beiden Berechnungen sind also wirklich gleichwertig. Sie sind die mikroskopische und makroskopische Beschreibung derselben Sache, wie statistische Physik und Thermodynamik.
Wenn es dem blauen Licht gelingt, aus einer Richtung zu kommen, die sich von der Richtung der Lichtquelle, der Sonne, unterscheidet, dann – vorausgesetzt, die Atmosphäre emittiert kein blaues Licht von sich aus, und sie tut es nicht (zumindest nicht nachweisbar Menge davon) – es ist per Definition Streuung. Um eine wesentliche Richtungsänderung zu erreichen, braucht man kleine Teilchen, und das ist per Definition Rayleigh-Streuung. Es gibt also keine andere Quelle des blauen Himmels als die Rayleigh-Streuung – obwohl die Rayleigh-Streuung auf verschiedene Arten beschrieben werden kann (mikroskopisch, makroskopisch usw.).
Nun, es gibt auch die Mie-Streuung – von Teilchen, die viel größer als die Wellenlänge sind, insbesondere von kugelförmigen, wie Wassertröpfchen. Damit die Mie-Streuung jedoch wesentlich ist, benötigen Sie eine wesentliche Änderung des Brechungsindex innerhalb der Kugeln, was für Wasser in Ordnung ist. Außerdem ist die Mie-Streuung viel weniger frequenzabhängig (weil hängt nur geringfügig von der Frequenz ab, nichts wie die vierte Potenz hier) als die Rayleigh-Streuung, sodass sie die Gesamtfarbe nicht stark beeinflusst. Nicht nur während des Sonnenuntergangs werden einige grau-weiße Streifen auf den Wolken in Horizontnähe durch die Mie-Streuung verursacht. Die Rayleigh-Streuung hat wirklich ein Monopol auf die wesentliche Änderung der Farbe.
Benutzer10851