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Streuung: Vorgang, bei dem Licht auf unterschiedliche Richtungen mehr oder weniger zufällig umverteilt wird, Lichtstrahl trifft auf kleine Teilchen/Oberfläce mit sehr feiner Struktur (Unebenheiten im
Wellenlängenbereich) – Streuung erfolgt immer in der Ebene senkrecht zur Riefenrichtung, d. h. ein nur in einer Richtung geschliffenes Werkstück zeigt eine starke Streuung senkrecht zur
Bearbeitungsrichtung
Rayleigh-Streuung: tritt bei Teilchen mit Durchmesser \(< \lambda \) auf, Streu-Wahrscheinlichkeit \(p(\lambda )\) ist stark wellenlängenabhängig, es gilt
\(p(\lambda ) \sim 1/\lambda ^4 \sim \nu ^4\), z. B. verantwortlich für Farbe des Sonnenuntergangs oder des blauen Himmels
Mie-Streuung: tritt bei Teilchen mit Durchmesser \(\ge \lambda \) auf, Streu-Wahrscheinlichkeit \(p(\lambda )\) konstant, aber dafür richtungsabhängig: am
meisten wird Licht nach hinten gestreut (in Lichtrichtung), am wenigsten nach vorne (entgegen Lichtrichtung), z. B. verantwortlich für Farbe der Wolken
Rayleigh-Streuung an Atomen/Molekülen der Luft: Licht regt in den Molekülen der Luft einen Dipol an (Ladungstrennung durch elektrisches Feld), Hertzscher
Dipol wird zum Schwingen gebracht und strahlt Energie ab
Dimensionsanalyse: wurde von Rayleigh 1871 durchgeführt, leitet \(p(\lambda ) \sim 1/\lambda ^4\) her
warum ist der Himmel blau: Rayleigh-Streuung, da Luftmoleküle einen deutlich kleineren Durchmesser als \(\lambda \) haben, Wellenlängenabhängigkeit führt dazu, dass Blau
viel wahrscheinlicher gestreut wird als Rot
von Bergen erscheint der Himmel besonders blau: weniger Luftmoleküle vorhanden, also weniger Streuung, Himmel wird dunkler (evtl. sogar Sterne am Mittag)
Abendrot: Sonne steht tief, Licht muss durch viel mehr Luft, Blau wird eher weggestreut, rotes Licht bleibt übrig, besonders tiefes Rot bei hohen Anzahl an Partikel in Luft (Wassertröpfchen, Aerosole,
Staub), analog tiefstehender Mond
gelbe Wolken bei Hagel: Sonne steht tief und schweres Unwetter, Vermutung, dass roter Teil des Sonnenlichts (andere Anteile gibt es kaum) durch viel Wasser und Eis absorbiert wird, somit verbleiben nur mittlere
Spektralanteile (Gelb/Grün), aber Phänomen ist nicht vollständig geklärt
Mars-Verschwörung: Warum ist der Himmel auf dem Mars nicht ebenfalls blau? viele Eisenoxid-Partikel, Absorption führt zu einer rötlichen Färbung
Airlight: Überlagerung von Streulicht mit dem eigentlichen (von einem Objekt ausgehenden) Licht, z. B. erscheinen weit entfernte Berge leicht bläulich, da viel Luft zwischen Beobachter und
Berg, bei Sonnenuntergang kann man weiter sehen wie tagsüber (weniger Luft streut, Airlight geringer)
once in a blue moon: Streuwahrscheinlichkeit wird für eine bestimmte Wellenlänge besonders stark, selektive Streuung
Alpenglühen: reflektiertes Licht des Sonnenuntergangs kann zu einer rötlichen Färbung von Bergen führen
blaue Augen bei Babys: noch keine Pigmente vorhanden, blaue Färbung kommt durch Rayleigh-Streuung zustande
blauer Dunst: Rauch, der aus nicht zu großen Partikeln besteht und nicht zu dicht, erscheint leicht bläulich (z. B. blauer Dunst), ausgeatmeter Rauch enthält allerdings kleine
Wassertröpfchen, die wellenlängenunabhängige Mie-Streuung verursachen, d. h. der Rauch erscheint dann weiß
Wolken sind weiß: kein Gegenstand, sondern ein Zustand, Ansammlung von kleinen Wassertröpfchen (Durchmesser 2 bis \(\SI {100}{\micro \meter }\)), daher wird Licht
wellenlängenunabhängig gestreut (Mie-Streuung), weiß aufgrund Vielfachstreuung, rot wird zwar weniger häufig gestreut (Wasser), aber aufgrund der hohen Teilchenzahl wirkt sich das kaum auf die
Gesamtstreuung aus (Absorption ist vernachlässigbar)
mächtige Wolken sind an der Unterseite schwarz: Grund liegt in der hohen Dichte an der Unterseite, weniger Licht kommt durch
Cyphochilus: kleiner, auf weißen Pilsen lebender Käfer nutzt Vielfachstreuung, um sich weiß zu tarnen (sehr kleine Fasern, \(< \lambda \), Rayleigh-Streuung, aber Fasern sind so dicht, dass Käfer
weiß erscheint)
farbige Wolken: Beleuchtung mit farbigem Licht, z. B. rote Wolken bei Sonnenuntergang
leuchtende Nachtwolken: Breite größer \(55^\circ \) Nord oder Süd, bevorzugt im Sommer ein bis zwei Stunden nach Sonnenuntergang, hell leuchtende Wolken vor dem Nachthimmel nahe beim
Horizont, geht nur, wenn Wolken sehr hoch (\(\SI {80}{\kilo \meter }\) bis \(\SI {90}{\kilo \meter }\)) sind (Grund: Beleuchtung durch bereits untergegangene Sonne)
Helligkeit des Himmels: der Himmel erscheint in der Nähe des Horizonts weiß, durch Mehrfachstreuung (Licht geht durch viel Luft) kommen in der Summe alle Farbanteile gleich an (blaue Farbanteile werden
häufiger aus der „korrekten“ Richtung weggestreut)
Reflexion einer Landschaft im See: alle Farben sehen gleich aus, bloß der reflektierte Himmel sieht bläulicher aus (See sieht einen anderen/höheren Teil des Himmels wegen anderem Winkel)
Gegendämmerung: entgegen der Sonne sieht man beim Sonnenuntergang (oder -aufgang) den Schatten der Erde als dunkles Band, damit dieser sichtbar wird, muss der Schatten auf Berg oder
Atmosphäre fallen
Venusgürtel: in Richtung der Gegendämmerung ist ein rosa-violetter Streifen am Horizont sichtbar, Grund liegt in der Überlagerung zweier Lichtanteile, zum einen starke
Rückstreuung durch Sonnenuntergangslicht, zum anderen blaues Licht aus anderem Himmelsbereichen durch zweifache Streuung
Purpurlicht: ähnlich wie Venusgürtel, nur in Richtung der Sonne, Überlagerung von blauen Photonen aus oberen Atmosphärensichten (Licht muss nicht durch viel Luft) mit roten
Photonen aus tieferen Bereichen, vor allem sichtbar, wenn viel Staub in der Atmosphäre vorhanden ist (Vulkanausbrüche, Waldbrände oder Nähe zu Großstadt)