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Lexikon der Geographie: Rayleigh-Streuung

Rayleigh-Streuung, die Streuung des Lichts an Teilchen der Atmosphäre, deren Radius im Verhältnis zur Wellenlänge des Lichtes sehr klein ist; benannt nach J.W. Strutt Baron Rayleigh. Die Streuung der Lichtstrahlen beim Durchgang durch die Atmosphäre erfolgt an den Luftmolekülen und an den in der Luft schwebenden Partikeln. Da sie sich auch qualitativ grundlegend unterscheiden, differenziert man zwischen einer Rayleigh-Streuung für die Wirkung der Luftmoleküle und einer Mie-Streuung für die Streuung an den Partikeln. Wenn die Luftmoleküle von der Strahlung getroffen werden, wirken sie als schwingende Dipole und senden eine elektromagnetische Strahlung aus, die der absorbierten Sonnenstrahlung entspricht. Da die gesamte Energiemenge sich nicht ändert, wird bei der Streuung nur der Anteil der ungestreuten Sonnenstrahlung vermindert und um denselben Betrag die von den streuenden Partikeln emittierte Strahlung erhöht. Bei der Rayleigh-Streuung, die für Luftmoleküle gilt, ist das Ausmaß der Streuung umgekehrt proportional λ 4 mit λ als Wellenlänge des Lichts. Je kleiner die Wellenlänge, also kurzwelliger die Strahlung ist, desto stärker wird das Licht gestreut. Die Wellenlängen des sichtbaren Spektrums umfassen einen Bereich von ca. 0,4 μm (blauviolett) bis 0,8 μm (rot), daher wird kurzwellige Strahlung um den maximalen Faktor 16 stärker gestreut als langwellige. Infolge dieser Streuung wird das blaue Licht beim Durchgang durch die Atmosphäre entsprechend stärker gestreut als das rote. Die Schwächung oder Extinktion (als Summe von Absorption und Streuung) ist insgesamt um so stärker, je länger der Strahlengang durch die Atmosphäre ist. Beim längsten Strahlengang, wenn die Sonne knapp über dem Horizont steht, wird der blaue Anteil des Sonnenlichts so stark gestreut, dass nur noch der rote übrig bleibt. Auf die Rayleigh-Streuung ist es auch zurückzuführen, wenn der Mond bei Mondfinsternis eine kupferrote Farbe annimmt, denn dann erreichen ihn nur noch Teile des roten langwelligen Anteils der Sonnenstrahlung. Die Streuung des blauen Lichtes erfolgt in alle Richtungen, wenngleich mit unterschiedlicher Intensität. Der nach unten gestrahlte Anteil bewirkt, dass der Himmel blau (Himmelsblau) erscheint, der nach oben gestreute, dass die Erde vom All aus als "blauer Planet" erscheint.
Die Streuung ist nicht in alle Richtungen gleich. Die Rayleigh-Streufunktion beschreibt die Strahldichte der in unterschiedliche Winkel δ gestreuten Strahlung:



Sie hat bei der Vorwärtsstreuung (0°) und Rückwärtsstreuung (180°) ein Maximum, bei 90° hingegen ein Minimum.

JVo

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Grafik:
Mathias Niemeyer (Leitung)
Ulrike Lohoff-Erlenbach
Stephan Meyer

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