10.6-Scattering of Light

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Scattering of light is a physical phenomenon that occurs when light rays encounter small particles in a medium, causing the light to deviate from its original path. This process is responsible for various optical effects observed in the atmosphere and plays a significant role in how we perceive colors and light in our environment.

Understanding Scattering

Scattering occurs when light interacts with particles, such as dust, water droplets, or gas molecules. The extent and nature of scattering depend on several factors:

  • Size of Particles: The size of the particles relative to the wavelength of light affects how light is scattered. For instance, Rayleigh scattering occurs with particles smaller than the wavelength of light, while Mie scattering occurs with larger particles.
  • Wavelength of Light: Different wavelengths of light are scattered by different amounts. Shorter wavelengths (blue and violet) scatter more than longer wavelengths (red and yellow).
Types of Scattering

There are two main types of scattering:

  • Rayleigh Scattering: This type of scattering occurs when light interacts with particles that are much smaller than the wavelength of light. It is responsible for the blue color of the sky. When sunlight enters the atmosphere, shorter wavelengths (blue and violet) scatter more than longer wavelengths (red). Although violet light scatters more, our eyes are more sensitive to blue light, making the sky appear blue.
  • Mie Scattering: This occurs when light interacts with larger particles, such as dust or water droplets. Mie scattering does not favor any specific wavelength, which is why clouds appear white. The combination of all wavelengths leads to the white color observed in clouds.
Effects of Scattering

Scattering has several notable effects on our perception of light and color:

  • Color of the Sky: During the day, the sky appears blue due to Rayleigh scattering. At sunrise and sunset, the light passes through a thicker layer of the atmosphere, scattering shorter wavelengths and allowing longer wavelengths (reds and oranges) to dominate, creating vibrant hues.
  • White Clouds: Clouds scatter all colors of light, which is why they appear white. The presence of numerous water droplets reflects and scatters light in multiple directions.
  • Visibility of Distant Objects: Scattering can affect visibility. In foggy or hazy conditions, the scattering of light by water droplets or pollutants can reduce visibility.
Applications of Scattering

Scattering has important applications in various fields:

  • Meteorology: Understanding scattering helps meteorologists predict weather patterns and analyze atmospheric conditions.
  • Astronomy: Scattering affects how we observe celestial objects. Astronomers consider scattering effects when studying light from stars and galaxies.
  • Communication Technologies: Scattering principles are utilized in fiber optics and wireless communication to improve signal transmission.
Natural Phenomena Related to Scattering

Several natural phenomena result from scattering:

  • Rainbow Formation: When sunlight passes through raindrops, refraction and scattering occur, resulting in a spectrum of colors visible as a rainbow.
  • Blue Mountains: The blue appearance of distant mountains is due to the scattering of light by particles in the atmosphere. As light travels through more atmosphere, shorter wavelengths are scattered, giving a bluish hue.
Conclusion on Scattering of Light

The scattering of light is a fundamental optical phenomenon that significantly influences our visual experiences and the appearance of the world around us. Understanding this concept is essential in both scientific and practical applications across various fields.


The rayleigh scattering phenomenon due to beam of sunlight, passing through water surface. The color contrast of this photograph is amplified by using RawTherapee image processing software. We can see the beam is having the bluish color when it passed through the water surface, and the color is changing gradually into the reddish color when it goes deeper in the water.
Rtnf, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

10.6-Scattering of Light

प्रकाश का फैलाव (Scattering of Light) तब होता है जब प्रकाश की किरणें किसी माध्यम में मौजूद कणों से टकराती हैं और विभिन्न दिशाओं में बिखर जाती हैं। यह घटना विशेष रूप से उस समय देखी जाती है जब प्रकाश छोटे कणों से टकराता है, जैसे कि धूल, पानी के कण या वायुमंडलीय गैसें।

इस प्रक्रिया को समझने के लिए, हम यह ध्यान में रखते हैं कि प्रकाश की तरंगें छोटी होती हैं और जब वे कणों से टकराती हैं, तो उनका मार्ग बदल जाता है। यह घटना न केवल प्राकृतिक दृश्यों को प्रभावित करती है, बल्कि यह हमारे दैनिक जीवन के अनुभवों को भी आकार देती है।

एक महत्वपूर्ण उदाहरण है—आसमान का नीला रंग। जब सूरज की रोशनी पृथ्वी के वायुमंडल में प्रवेश करती है, तो नीले रंग की तरंगों का फैलाव अधिक होता है। यह प्रक्रिया "रायली स्कैटरिंग" (Rayleigh Scattering) के नाम से जानी जाती है, जो तब होती है जब प्रकाश की तरंगों का आकार कणों के आकार से छोटा होता है।

रायली स्कैटरिंग (Rayleigh Scattering)

रायली स्कैटरिंग तब होती है जब प्रकाश की तरंगों का आकार कणों से छोटा होता है। जब सूरज की सफेद रोशनी वायुमंडल में प्रवेश करती है, तो उसकी नीली और बैंगनी रंग की तरंगें अधिक फैलती हैं। इसलिए, हमें आकाश नीला दिखाई देता है। इसका कारण यह है कि नीला रंग कम लंबी तरंगों (short wavelength) का होता है और इसका फैलाव अधिक होता है।

स्कैटरिंग की तीव्रता (Intensity of Scattering)

स्कैटरिंग की तीव्रता का माप इसके द्वारा फैलने वाली रोशनी की मात्रा से किया जाता है। यह तीव्रता वायुमंडल में मौजूद कणों के आकार, उनकी संख्या, और प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करती है। इसे निम्नलिखित सूत्र से व्यक्त किया जा सकता है:

$I \propto \frac{1}{\lambda^4}$

यहां, $I$ स्कैटरिंग की तीव्रता है और $\lambda$ प्रकाश की तरंग दैर्ध्य है। इसका मतलब है कि जैसे-जैसे तरंग दैर्ध्य घटता है, स्कैटरिंग की तीव्रता बढ़ती जाती है। नीले रंग की रोशनी का तरंग दैर्ध्य छोटा होने के कारण यह अधिक फैलती है, जबकि लाल रंग की रोशनी का फैलाव कम होता है।

मोलर स्कैटरिंग (Mie Scattering)

जब प्रकाश कणों से टकराता है, जिनका आकार कणों के आकार के बराबर या बड़े होते हैं, तो स्कैटरिंग की प्रक्रिया मोलर स्कैटरिंग कहलाती है। यह प्रक्रिया आमतौर पर जलवाष्प या धूल के कणों के कारण होती है। मोलर स्कैटरिंग में किसी विशेष रंग की तरंगों का फैलाव नहीं होता है, इसलिए आकाश सफेद दिखाई देता है, जैसे बादल या धुंध में।

प्राकृतिक दृश्य पर प्रभाव

स्कैटरिंग का प्रभाव प्राकृतिक दृश्यों में काफी महत्वपूर्ण होता है। जैसे-जैसे सूरज आकाश में ऊंचा होता है, प्रकाश की किरणें अधिक दूरी तय करती हैं और नीले रंग की रोशनी अधिक फैलती है, जिससे आकाश नीला दिखाई देता है। लेकिन सूर्योदय और सूर्यास्त के समय, सूरज आकाश के निचले हिस्से में होता है, जिससे उसकी किरणों को वायुमंडल के अधिक हिस्से से गुजरना पड़ता है। इस दौरान लाल और नारंगी रंग की रोशनी अधिक फैलती है और आकाश लाल-नारंगी दिखाई देता है।