ミー散乱とは
ミー散乱は、光のような電磁波が、入射波の波長と同程度の大きさを持つ粒子や障害物に遭遇したときに発生する散乱の一種です。この現象は、1908年にそのような粒子に対する散乱問題の包括的な解を初めて提供したドイツの物理学者グスタフ・ミーにちなんで名付けられました。レイリー散乱とは対照的に、散乱された光の強度が波長に強く依存する（I ∝ 1/λ4）のではなく、ミー散乱は波長にあまり依存せず、前方および後方散乱を含むすべての方向に光を散乱することができます。
ミー散乱が引き起こす光学現象
- 雲の白または灰色の外観：雲は、可視光の波長のオーダーの大きさを持つ水滴や氷の結晶で構成されています。ミー散乱により、雲の滴に入射する太陽光が全方向に散乱され、短波長への強い好みなしに、雲の白または灰色の外観が生じます。
- 可視性とヘイズ：ミー散乱は、特に霞がかったり霧がかったりする条件下で、遠距離の物体の可視性にも役立ちます。空中に浮遊する粒子、例えばエアロゾル、塵、水滴などが光を散乱し、物体とその背景とのコントラストを低下させ、可視性を損ないます。
- エアロゾルおよび粒子の特性評価：ミー散乱理論は、空気や水などの媒体に懸濁した粒子のサイズと濃度を測定するために、ネフェロメーターや粒子サイザーなどの機器に使用されます。これらの機器は、環境監視、産業プロセス制御、および研究アプリケーションで使用されます。
- 生物医学光学：ミー散乱は、生物組織の散乱特性に関与しており、光学的コヒーレンス断層撮影や光動力療法のような光ベースの治療技術の改善に役立ちます。
- リモートセンシングと大気科学：ミー散乱は、地球の表面や大気と電磁波の相互作用に依存するリモートセンシング技術、例えば衛星画像やライダーにおいて考慮されます。また、ミー散乱は、エアロゾルの放射特性と地球の放射収支における役割の理解にも役立ちます。これは、気候研究にとって重要です。
散乱の種類
電磁波がその経路上の障害物や粒子に遭遇すると、方向を変えたり、広がったり、エネルギーを再分配したりします。この現象は、光学、大気科学、リモートセンシングなど多くの物理学の分野で重要な役割を果たします。
- レイリー散乱：粒子や障害物のサイズが入射電磁波の波長よりもはるかに小さい場合に発生します。レイリー散乱では、散乱された光の強度は波長の4乗の逆数に比例します（I ∝ 1/λ4）。これは、太陽光の短波長（例えば、青色光）が地球の大気中でより効率的に散乱され、長波長がより直接的に通過し、私たちが見る直射日光を作り出すため、空の青色の原因です。
- ミー散乱：粒子や障害物のサイズが入射電磁波の波長と同程度の場合に発生します。ミー散乱は波長にあまり依存せず、すべての方向に光を散乱することができます。
- 幾何学的または鏡面散乱：障害物や粒子のサイズが入射電磁波の波長よりもはるかに大きい場合に発生します。この場合、波は幾何学的光学の法則、例えば反射や屈折の法則に従って障害物と相互作用します。鏡面散乱は、鏡、ガラス、静かな水などの滑らかな表面で一般的です。
