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La diffusion Rayleigh

Toute charge accélérée rayonne de l'énergie. Un électron, élastiquement lié à son noyau, va réagir au champ électrique d'un rayonnement incident, et rayonner en conséquence.

Le moment électrique associé à l'électron va réagir au champ électrique, de pulsation $\omega$ . On montre que le champ électrique induit varie comme $\ddot p$ , et donc comme $\omega^2$ . La puissance rayonnée varie elle comme le carré du champ électrique, et donc comme $\omega^4$ .

Les limites du modèle

Ce qui précède n'est valable que pour les particules diffusantes très petites devant la longueur d'onde. De plus grosses particules bloquent uniformément toutes les couleurs, et donnent un aspect blanchâtre au milieu : tel un nuage dans l'atmosphère terrestre (d'apparence grise si vraiment beaucoup de lumière est interceptée).

Pourquoi le ciel est bleu

La diffusion Rayleigh varie donc comme $\lambda^{-4}$ . Elle est bien plus forte dans le bleu, à 400 nm, que dans le rouge à 650 nm. Ceci explique pourquoi le ciel est bleu, et le soleil rouge au couchant : les molécules de l'atmosphère éclairée en lumière blanche diffusent préférentiellement la lumière bleue ; cette composante, ôtée du rayonnement solaire incident, le rougit d'autant plus que l'épaisseur d'atmosphère traversée est importante.