Rayleigh-Streuung ist ein physikalisches Phänomen, bei dem Licht von sehr kleinen Partikeln in verschiedene Richtungen gestreut wird. Diese Teilchen sind viel kleiner als die Wellenlänge des beteiligten Lichts und können sogar so klein wie ein einzelnes Atom sein. Rayleigh-Streuung wird am häufigsten in Gasen beobachtet, obwohl sie sowohl in Flüssigkeiten als auch in Feststoffen auftreten kann. Das Ausmaß der vorhandenen Streuung hängt von den Polarisationseigenschaften eines bestimmten Partikeltyps ab und kann in Abhängigkeit von den beteiligten Elementen variieren.
Das Ausmaß der Streuung hängt von einer Reihe von Faktoren ab. Damit die Streuung als Rayleigh-Streuung bekannt ist, muss das Teilchen viel kleiner sein als die Wellenlänge des Lichts &mdahs; wenn das Teilchen nahe der Größe der Wellenlänge ist, sind die für die Rayleigh-Streuung verwendeten Näherungen nicht mehr korrekt. Je größer jedoch das Partikel ist, desto größer ist die Streuungsintensität, während je größer die Wellenlänge, desto geringer die Streuungsintensität.
Licht kann sowohl an Atomen als auch an Molekülen gestreut werden. Wenn ein Atom oder ein einzelnes Teilchen beteiligt ist, kann die Näherung der kleinen Größe verwendet werden. Dies verwendet mehrere Annahmen, hauptsächlich, dass das Partikel sehr klein ist und dass der Radius des Partikels und der Brechungsindex gemessen werden können. Ein Molekül hat oft keinen so klar definierten Radius und so müssen leicht andere Formeln verwendet werden, um die Streuintensität zu berechnen. In diesem Fall wird die Polarisierbarkeit – der Betrag, um den die Ladung des Moleküls durch ein elektrisches Feld beeinflusst wird – verwendet, um die Streuintensität zu berechnen.
Rayleigh-Streuung ist der Mechanismus, der dazu führt, dass der Himmel blau wird. Wenn Sonnenlicht durch die Atmosphäre wandert, wird es an vorhandenen Partikeln gestreut. Einige Lichtwellenlängen werden jedoch stärker gestreut als andere. In diesem Fall wird blaues Licht effizienter gestreut und der Himmel erscheint meistens blau. Die einzige Ausnahme ist bei Sonnenuntergang oder Sonnenaufgang, wo die Sonnenstrahlen direkt durch die Atmosphäre gehen. In diesem Fall erscheint der Himmel röter, da rotes Licht nicht so stark gestreut wird wie blaues und die Atmosphäre unbeeinflusst durchdringen kann.
Es gibt auch mehrere praktische Anwendungen der Rayleigh-Streuung, die in der modernen Technologie verwendet werden. Die Tatsache, dass Licht gestreut wird, wird beispielsweise in einigen Lichtwellenleitern genutzt. Damit die Lichtwellenleiter richtig funktionieren, müssen die optischen Signale gestreut werden, und dies wird durch kleine Partikel erreicht.