Астронет: И. Г. Митрофанов, "Физика Космоса", 1986 Рэлеевское рассеяние http://variable-stars.ru/db/msg/1188633 |
Рэлеевское рассеяние
- частный случай когерентного рассеяния излучения на атомах, молекулах или частицах межзвездного вещества, когда частота рассеиваемого излучения существенно меньше осн. собств. частот рассеивающей системы.
Классическая ф-ла для полного эффективного сечения излучения (см. Взаимодействие излучения с веществом) на гармонич.
осцилляторе с массой m и зарядом e (простейшая модель системы рассеивающих зарядов)
имеет вид:
, (1)
где - собственная частота осциллятора, - классич. постоянная затухания. При (т.е. для достотачно низких частот) из (1) следует выражение для
сечения Р.р.
, (2)
аналогичное соотношение, впервые полученному англ. физиком Дж. Рэлеем (в 1871 г.).
Заметим, что при из (1) следует выражение для
сечения
томсоновского рассеяния (томсоновское
сечение):
.
Реальную систему связанных зарядов (атом, молекула или частица вещества) нельзя описывать
упрощенной моделью гармонич. осциллятора, и поэтому ф-лы (1) и (2) для нее непосредственно
не применимы. Вместо (1) используется выражение, в к-ром суммируется вклад всех элементарных
осцилляторов. Однако осн. особенность Р.р. - пропорциональность сечения величине
(или ) всегда сохраняется.
Для диэлектрич. макрочастиц (пылинок) суммарное действие огромного числа элементарных
осцилляторов описывается тензорной величиной , к-рая зависит
от поляризуемости вещества пылинки, а также от ее формы и определяет компоненты наведенного
в электрическом поле волны дипольного момента . По порядку величины:
, (3)
где a - характерный размер пылинки, - характерное значение
компонентов . Для изотропной сферы:
, (4)
здесь a - радиус сферы, n - показатель преломления. Из (3) и (4) имеем
, если . (5)
Выражение (5) легко обобщается на случай эллипсоидальных частиц. Очевидно, что рэлеевский
предел для макрочастиц соответствует условию .
Дифференциальное сечение Р.р. зависит от угла рассеяния между
направлениями падающей и рассеянной волн:
. (6)
Рассеянное на сферич. частицах излучение линейно поляризовано вдоль направления,
перпендикулярного плоскости, проходящей через направление рапространения падающей
и рассеянной
волн. Степень поляризации p для неполяризованного падающего излучения равна
. (7)
При Р.р. на несферич. частицах степень поляризации зависит также от их ориентации.
Р.р. на межзвездных пылинках частично обусловливает явление межзвездного покраснения излучения звезд (см. также Межзвездное поглощение). Поток распространяющегося в данном направлении излучения вследствие Р.р. вбок. Ослабление увеличивается с уменьшением длины волны, поэтому прошедшее сквозь межзвездную среду излучение оказывается покрасневшим относительно исходного.
(И.Г. Митрофанов)
И. Г. Митрофанов, "Физика Космоса", 1986
Глоссарий Astronet.ru