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瑞利散射導致白天的天空的藍色色調和太陽在日落發紅。

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，方向对着著在地平線上的太陽。

5毫瓦綠色激光筆光束是在夜間可見的，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（Rayleigh scattering），由英国物理学家約翰·斯特拉特，第三代瑞利男爵（John Strutt, 3rd Baron Rayleigh）的名字命名。^[1]它是半径比光或其他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。

瑞利散射光的強度和入射光波长λ的四次方成反比：

I(λ)scattering∝I(λ)incidentλ4displaystyle I(lambda )_scatteringpropto frac I(lambda )_incidentlambda ^4

其中I(λ)incidentdisplaystyle scriptstyle I(lambda )_incident是入射光的光強分布函數。

因此，波長較短的藍光比波長較長的紅光更易產生瑞利散射。

藍天與夕陽

該圖顯示在大氣中，相對於紅光，藍光的散射光比例比较大。

瑞利散射可以解釋天空為什麼是藍色的。白天，太陽在頭頂，當太陽光經過大氣層時，與空氣分子（其半徑遠小於可見光的波長）發生瑞利散射，因為藍光比紅光波長短，瑞利散射發生得比較激烈，被散射的藍光佈滿了整個天空，從而使天空呈現藍色，但是太陽本身及其周圍呈現白色或黃色，是因為此時看到更多的是直射光而不是散射光，所以日光的顏色（白色）基本未改變——波長較長的紅黃色光與藍綠色光（少量被散射了）的混合。
但因為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，因此人眼對藍色的敏感度遠大於紫色，所以即使散射的可見光波長中紫光能量最高，人眼看起來仍是藍色。
當日落或日出時，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很長的路程，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，這就是為什麼日落時太陽附近呈現紅色，而雲也因為反射太陽光而呈現紅色，但天空仍然是藍色的，只能說是非常昏暗的藍黑色。如果是在月球上，因為沒有大氣層，天空即使在白天也是黑的。

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

⟨S⟩=(μ0p02ω432π2c)sin2⁡θr2r^displaystyle langle mathbf S rangle =bigg (frac mu _0p_0^2omega ^432pi ^2cbigg )frac sin ^2theta r^2mathbf hat r

瑞利非偏振散射光強度

I0displaystyle I_0表示入射光強度, θdisplaystyle theta 爲入射光與散射光的夾角.

I=I08π4α2λ4R2(1+cos2⁡θ).displaystyle I=I_0frac 8pi ^4alpha ^2lambda ^4R^2(1+cos ^2theta ).

參見

• 
  瑞利衰落信道（Rayleigh fading channel）


• 
  拉曼效应（Raman effect），也称拉曼散射(Raman scattering)


• 光學現象


• 动态光散射


• 
  丁达尔效應（Tyndall effect）


• 
  瑞利準則，或瑞利判據（Rayleigh criterion）

參考

參考書籍

• Optics, Ajoy Ghatak, ISBN 0-07-058583-0 Section 6.6