Elektromagnetische Streuung ist der physikalische Effekt einer elektromagnetischen Welle, wie Licht- oder Funkwellen, die auf ein Objekt trifft. Anstatt geradlinig zu verlaufen, wie es Lichtwellen ungehindert tun, bricht das Licht oder prallt von mikroskopischen Texturen im Objekt ab. Elektromagnetische Streuung ist oft für das Auftreten von Farbe verantwortlich und hat mehrere unterschiedliche Formen.
Bei ausreichendem Wissen über die streuenden Teilchen und Wellen ist eine Vorhersage darüber möglich, wie Licht gestreut wird. Der Prozess kann auch umgekehrt ablaufen, da die wissenschaftliche Beobachtung der Streuung Informationen über die einfallende Welle und die sie streuenden Teilchen liefern kann. Die Untersuchung der Streuung hat in mehreren Bereichen zu wichtigen Fortschritten geführt, darunter computergenerierte Bilder, Radar und Medizintechnik.
Warum der Himmel blau ist, ist eine beliebte Frage, die durch elektromagnetische Streuung erklärt werden kann. Die Rayleigh-Streuung basiert auf den Experimenten eines englischen Wissenschaftlers aus dem frühen 20. Jahrhundert, John Strutt, dem dritten Baron von Rayleigh. Seine Arbeit beschäftigte sich mit den Streueffekten von Lichtwellen an Teilchen, die kleiner als die einfallenden Wellen sind. Da Blau eine kurze Wellenlänge hat, ist es besonders anfällig für Streuung, da es von Gaspartikeln der die Erde umgebenden Luft abprallt. Rot-, Gelb- und Orangetöne sind viel längerwellig, weshalb sie nur in der Nähe oder in die Sonne am Himmel sichtbar sind.
Aufgrund der geringen Größe der Streupartikel bei der Rayleigh-Streuung wird die Form der Partikel nicht als signifikant angesehen. Größere Streuzentren werden von der Mie-Theorie der elektromagnetischen Streuung abgedeckt, benannt nach dem deutschen Physiker Gustav Mie. Mie stellte fest, dass Farb- und Opazitätsänderungen die Größe und Form des Streuzentrums bestimmen. Seine Arbeit gilt als besonders nützlich, um die elektromagnetische Streuung durch Dunst oder Wolken zu verstehen.
Sowohl die Lösungen von Rayleigh als auch von Mie gelten als elastisch, was bedeutet, dass die Streuung von Wellen deren Energie nicht wesentlich schwächt. Es gibt auch mehrere andere Formen, die sich mit Energieverschiebungen aufgrund elektromagnetischer Streuung befassen, einschließlich Brillouin-, Raman- und Compton-Streuung. Die Compton-Streuung wird als besonders bedeutsam angesehen, da sie beweist, dass Licht sowohl Eigenschaften einer Welle als auch eines Teilchenstroms haben kann. Inelastische elektromagnetische Streuung wird in mehreren Bereichen verwendet, darunter Astrophysik, Röntgentechnologie und bei der Messung der elastischen Reaktion von lebendem Gewebe.
Elektromagnetische Streuung ist im Grunde ein einfaches Konzept, das in alltäglichen Situationen sichtbar ist. Die wissenschaftliche Untersuchung der Streuung ist äußerst komplex, und selbst die oben aufgeführten verschiedenen Lösungen erklären nicht die Auswirkungen und Ergebnisse aller Streusituationen vollständig. Was entdeckt wurde, hat zu enormen wissenschaftlichen Innovationen in den Bildtechniken geführt und uns endlich genau verstehen lassen, warum der Himmel blau ist.