Beim Passieren der Atmosphäre wird ein Teil der Sonnenstrahlung gestreut, d.h. die Ausbreitungsrichtung der Strahlung wird geändert. Dabei werden zwei Prozesse, die Rayleigh-Streuung und die Mie-Streuung unterschieden. Die Streuung ist unter anderem dafür verantwortlich, dass der Himmel tagsüber nicht schwarz, sondern blau ist.
Aufgabe 1: Überlegen Sie sich zuerst, wie groß die Durchmesser von Luftmolekülen und Wassertröpfchen im Verhältnis zur Wellenlänge der sichtbaren Strahlung sind und wählen Sie für die Abbildung die richtige Größenordnung aus.
Achtung: Es handelt sich hierbei nur um eine Näherung! Informieren Sie sich anschließend über die Rayleigh– und Mie-Streuung.
Rayleigh-Streuung
Streuung an einem Streukörper, dessen Durchmesser klein ist im Verhältnis zur Wellenlänge der Strahlung. Das betrifft die Moleküle der Luft, aber auch kleine Aerosolteilchen (< 0,1mm).
Der Streuungseffekt hängt in diesem Fall stark von der Wellenlänge der Strahlung ab. Die Intensität der Rayleigh-Streuung ist proportional zu ^^l-4, wobei l die Wellenlänge der einfallenden Strahlung ist. D.h. kurzwellige Strahlung wird stärker gestreut als langwellige.
Bei der Rayleigh-Streuung ist die Winkelabhängigkeit sehr schwach. Insbesondere wird die Vorwärtsstreuung, d.h. in Ausbreitungsrichtung der Strahlung, nicht bevorzugt.
Mie-Streuung
Streuung an einem Streuköper, dessen Durchmesser nicht klein ist im Verhältnis zur Wellenlänge der Strahlung. Dies gilt z.B. für Wolken-, Nebeltröpfchen, Eisnadeln sowie große Aerosolteilchen.
Die Mie-Streuung ist im Gegensatz zur Rayleigh-Streuung nur in einem geringen Umfang von der Wellenlänge der Strahlung abhängig. Blaue und rote Strahlung wird also annähernd im gleichen Maß durch die Mie-Streuung beeinflusst.
Bei der Mie-Streuung überwiegt die Vorwärtsstreuung, d.h. die Streuung in Ausbreitungsrichtung der Strahlung. Ein dunstiger Himmel wirkt daher um die Sonne herum am hellsten. Seine Leuchtkraft fällt mit der Entfernung von der Sonne rasch ab.
Die Moleküle (u.a. Stickstoff, Sauerstoff, Argon und Kohlendioxid) haben einen Durchmesser von rund 10-9 m.
Wasser-, Nebeltröpfchen und Eisnadeln haben einen Durchmesser von 10-6 m bis 10-4 m. Auch große Aerosolteilchen können einen Durchmesser in dieser Größenordnung haben.