電磁波の散乱
電磁波が障害物や粒子に遭遇すると方向が変わったり、拡散したり、エネルギーの再分配が起こる現象を散乱と言います。散乱は光学、大気科学、遠隔センシングなど、物理学の多くの分野で重要な役割を果たします。散乱には、入射する電磁波の波長に対する障害物や粒子のサイズに応じて、いくつかのタイプがあります。
レイリー散乱
粒子または障害物のサイズが入射する電磁波の波長よりもかなり小さい場合に発生する散乱です。レイリー散乱では、散乱光の強度は波長の4乗の逆数に比例します（I ∝ 1/λ4）。これは、短い波長（例えば、青い光）が長い波長（例えば、赤い光）よりも効率よく散乱することを意味します。レイリー散乱は、太陽光の短い波長が地球の大気中でより多く散乱するため、空の青色の原因となります。
ミー散乱
粒子または障害物のサイズが入射する電磁波の波長に比較的等しい場合に発生する散乱です。ミー散乱は波長に依存することが少なく、あらゆる方向に光を散乱することができます。このタイプの散乱は、雲の白や灰色の外観の原因であり、雲中の水滴が太陽光をあらゆる方向に散乱するためです。
幾何学的または鏡面散乱
障害物や粒子のサイズが入射する電磁波の波長よりもかなり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、例えば反射や屈折に従って障害物と相互作用します。鏡面散乱は、鏡やガラス、穏やかな水面などの滑らかな表面で一般的であり、入射角は反射角と等しくなります。
複数散乱
場合によっては、電磁波が粒子や障害物の集合体と相互作用する際に、複数の散乱イベントを経験することがあります。これはエネルギーのより複雑な再分配につながり、温室効果ガスが熱を地球の大気中に閉じ込める温室効果など、多くの現象を理解する上で重要です。
散乱の実用的応用
散乱は多くの実用的応用を持っています。例えば、リモートセンシングでは、地球の表面、大気、海洋を研究するために、材料や表面の散乱特性をレーダーやライダーのような技術で利用します。医療イメージングでは、超音波や光学的コヒーレンス断層撮影のような技術で組織の散乱特性を利用して、人体内の構造を視覚化します。通信システムでは、無線通信システムでの電波の伝播に散乱が影響を与え、信号減衰や多経路効果を引き起こすことがあります。大気科学では、地球の放射予算、気候、天候パターンを理解する上で散乱が重要な役割を果たします。散乱特性の理解と電磁波が散乱イベント中に示す振る舞いは、多くの科学的および技術的応用にとって不可欠です。
