Влияние длины волны излучения на рассеяние малыми частицами

Количественные исследования показывают, что если для источника зависимость интенсивности излучения от длины волны выражается некоторой функцией f(λ), то для света, рассеянного малыми частицами, эта зависимость имеет вид f(λ)/l⁴. Если же преобладающую роль в затухании падающей волны в наноразмерном материале играет поглощение, то спектр экстинкции меняется как f(λ)/l. В любом случае, независимо от причины, чем меньше длина волны излучения, падающего на малые частицы, тем больше её ослабление. Эти закономерности приводят к покраснению спектра после прохождения белого света через малую частицу.

Данный эффект легко продемонстрировать с помощью уже упомянутого опыта с добавлением молока в сосуд с чистой водой. Узкий пучок белого света после прохождения через эту взвесь приобретёт красноватый оттенок, поскольку коротковолновый синий свет рассеивается и поглощается более эффективно, чем длинноволновый красный.

Покраснение белого света при прохождении слоя частиц проявляется во многих природных явлениях. Например, красные и оранжевые оттенки неба на закате частично связаны с молекулярным рассеянием. Однако наличие малых частиц увеличивает интенсивность такой окраски. В периоды вулканической активности окраска заката становится более сочной из-за наличия малых частиц в атмосфере, причём это влияние может длиться более года. Высокий уровень загрязнения воздуха также приводит к усилению покраснения заката.

Покраснение света из-за экстинкиции малыми частицами не ограничено земными явлениями. Частицы межзвёздной пыли ослабляют синий свет более интенсивно, чем красный, поэтому свет звёзд, проходящий через эту пыль, становится более красным. На языке специалистов выражение «сильно покрасневшая звезда» означает, что между нею и наблюдателем имеется большое количество межзвёздной пыли. Этот эффект настолько регулярен и однороден из-за усреднения по областям пространства размером во многие тысячи световых лет, что он может быть использован для измерения расстояний до звёзд в пределах нашей Галактики.

Установлено, что экстинкция существенно зависит от размера частиц. Именно эта зависимость от размера даёт наилучшее доказательство того, что частицы межзвёздной пыли имеют преимущественно наноразмеры. По этой причине измерение экстинкции иногда используется для определения размера частиц.

Покраснение имеет место для скопления частиц, малых по сравнению с длиной волны, независимо от их распределения по размерам. Однако для наноразмерных веществ характерен и противоположный спектральный эффект – «посинение». Посинение сильно зависит от распределения частиц по размерам и имеет тенденцию исчезать с увеличением разброса радиусов. В связи с этим окрашивание солнечного света в синий цвет частицами в атмосфере – весьма редкое явление, хотя невозможным его тоже назвать нельзя, поскольку оно всё же случается. Было зарегистрировано несколько случаев, когда Солнце и Луна имели голубоватый оттенок, как, например, после гигантских извержений вулкана Кракатау или огромных лесных пожаров в Канаде. Одним из условий столь необычной экстинкции является узость распределения частиц по размерам. Однако оно, как правило, встречается очень редко.