散乱光

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CGの研究分野では散乱減衰現象を引き起こす媒体のことをparticipating mediaと呼ぶ。

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色名 波長 色相 大きさの例
紫外線になりつつある 380nm~400nm1
400nm~435nm 266
435nm~480nm 240
緑青(シアン) 480nm~490nm 180
青緑 490nm~500nm
500nm~560nm 120
黄緑 560nm~580nm
580nm~595nm 60
595nm~610nm
610nm~750nm 0=360
赤紫 750nm~800nm
マゼンタ 存在しない赤外線と可視光の間(曖昧) 300

粒子の大きさ

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単位 10-3 10-6 10-9 10-12
mm μm nm pm 散乱
雨粒 3~8 3000~8000 300万~800万 ミー散乱
雨粒 1~3 1000~3000 100万~300万 ミー散乱
霧雨 0.5 500 50万 ミー散乱
霧粒 0.05 50 5万 ミー散乱
雲粒 0.01~0.02 10~200 1万~20万   ミー散乱
昇華直後の雲 0.001~0.01 1~10 1000~1万    ミー散乱
水分子 0.00017 0.17 169.6 レイリー散乱
酸素分子 0.0001 0.12 120.74 レイリー散乱
窒素分子 0.1 109.76 レイリー散乱

ミー散乱…粒子が光の波長よりも大きいと、光は一様に散乱するので白く見える
レイリー散乱…気体分子が光の波長よりも小さい時、青い短波長付近だけが散乱する。人間の目はその散乱された青色を見る。
温帯地方の雨の水滴の大きさは、通常0.1 - 3mm程度である。0.1mm以下の雨粒は雲の中の上昇気流によって落ちなかったり、
落下中に蒸発してしまい、消えてしまうことがある。3mm程度以上の大きさの雨粒は途中で分解してしまうことが多い。
そのため、熱帯地方の雨の水滴の大きさは、小さい雨が少なく温帯よりも大きいものの、3mmを大きく超えるような雨は降らない。

もっとくわしく

レイリー散乱の場合、短い波長ほど、粒子にぶつかって、散乱する確率が高いということ
ミー散乱の場合、光は一様に散乱するというのは、どの波長も必ずぶつかってしまうほど粒子が大きいということ

夕焼け空が赤く見えるのもレイリー散乱のせいである

前方散乱

夕方の太陽の光は、レイリー散乱によって青みを失うだけでなく、
比較的に粒子の大きい空気層を通過するために、太陽そのもの、または太陽の周辺の空は前方散乱がきいて、
とくに赤色が強調されるのである。

レイリー散乱

  • 散乱の程度が波長によって異なること

空気分子による光の散乱の場合、散乱量はそこにあたった光の波長の4乗に反比例するという。
簡単に言うと、青の光の散乱の度合いは赤の光の散乱と比べても16倍の散乱の程度が大きくなる。[4]
散乱体(散乱をおこす粒子)の粒径が入射波(入ってくる光の波)の波長に比べて十分に短く、(その目安は10分の1以下)、散乱体が無秩序に分布し、
その密度にゆらぎがあるときにおこる現象である。
空気分子と太陽光の場合がこれにあたるのである。[4]

  • 散乱の強さが入射光の波長の4乗に反比例する。

赤い光と青い光で波長の比は約2:1であるから、
散乱の強さは1:16となり
だんぜん青い光が強い。
空が青いのはこのためである。

ミー散乱

粒子の大きさが、光の波長よりも十分に大きい時に起こる散乱。
レイリー散乱と違って波長の長短に関係なく、すべての波長が一様に散乱する
大気中の霧のような微小の水滴に光が当たると、
光のすべての波長が均等に散乱するので霧や雲が白く見える。


この本は良かったです。

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