Рассеяние света в атмосфере

  • категория: Образование и наука
  • написал: nadezhda
  • 3520
рассеяния света в атмосфере

Рэлей предполагал, что рассеяние света атмосферой можно объяснить наличием в ней мелких пылинок.
Мутная среда рассеивает свет. Луч, проходящий сквозь туман, рассеивается капельками воды. Туман неоднороден, и поэтому при рассеивании света возникает излучение в разных направлениях, имеющих мало общего с направлением падающего луча. Он провел теоретические расчеты, показавшие, что интенсивность света, рассеянного малыми неоднородностями среды, должна резко зависеть от длины световой волны λ. А именно: интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна λ в 4 степени.
Отсюда, если увеличить длину волны в пару раз, то интенсивность рассеянного света станет меньше в шестнадцать раз. В запыленной атмосфере лучи фиолетового спектра (длина волны — 400 нм) должны рассеиваться в тринадцать раз сильнее, чем красного с длиной волны 760 нм.
Солнечный спектр непрерывен. Больше всего в нем интенсивны желто-зеленые лучи с λ = 470 нм. При рассеянии света осуществляется перераспределение интенсивностей согласно закону Рэлея, и максимум интенсивности в рассеянном свете находится в голубой области спектра.
Таким образом, все объяснено. Понятно, почему небо голубое, понятен ряд других красивых явлений атмосферной оптики. Отдаленные леса и горы мы наблюдаем через толстый слой воздуха. Будучи освещен солнцем сбоку, воздух рассеивает голубые лучи, которые и попадают в глаз или объектив фотоаппарата. На темном фоне леса такое рассеяние особенно заметно. К естественной зеленой окраске добавляется синий рассеянный свет.
Тем же рассеянием света объясняется красная окраска солнца на восходе и закате. В этих случаях мы смотрим на солнце через более толстый слой воздуха, чем когда оно стоит высоко над головой Более толстый слой сильнее рассеивает свет преимущественно с короткими волнами. Прямой свет, идущий к глазу от солнца, оказывается обедненным в области коротких волн, и мы видим солнце в более длинноволновом, более красном свете.
Однако нет никаких оснований утверждать, что атмосфера всегда запылена. Небесная лазурь ярче всего как раз там, где воздух чист, не в больших городах, а над океанами, высоко в горах, над Антарктидой. Не в пыли дело.
Несколько позже Рэлей осознал, что рассеяние света атмосферой наблюдается не пылинками, а молекулами. Это рассеяние света на уровне молекул. И если учесть хаотичное движение молекул, то они обязаны рассеивать свет — по-прежнему согласно закону. Но в 1907 году Мандельштам доказал, что Рэлей ошибался.
Мандельштам установит, что движение молекул, если их число в данном малом объеме порядка λ в 3 степени достаточно велико, не может объяснить рассеяние света. А число молекул в воздухе при атмосферном давлении в объеме (600 нм3) составляет пять миллионов.
Дальнейшее развитие теории рассеяния связано с именами польского физика Марианна и самого Альберта Эйнштейна.
Благодаря движению молекул нарушается однородность их распределения. Происходят временные местные сгущения и разрежения газа (или жидкости), возникают флуктуации.
Эйнштейн представил флуктуационные сгущения и разрежения жидкой среды как результат наложения большого количества волн, проходящих через жидкость во всех направлениям. В тех местах, где разные волны производят обоюдное усиление, происходят сгущения, а там, где волны гасят друг друга — разрежения жидкости. Примененный великим физиком метод (разложение функции в ряд Фурье, мат.) дал возможность Эйнштейну вывести привлекательную формулу, выражающую корреляцию масштаба флуктуаций в жидкости от ее плотности, сжимаемости и температуры. Неоднородности в распределении молекул, на которых происходит рассеяние света, — это флуктуации.
0 комментариев
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.