Hoi Ben,
Het artikel is te lezen via onderstaande link.
Hee, dank hiervoor! Ik heb de papieren versie van het blaadje maar via de OSA website van OPN moest ik met mijn username en password inloggen om het artikel te kunnen lezen. Deze link kende ik nog niet.
Het lijkt er inderdaad op dat de verstrooiing zich iets anders gedraagt dan in de troposfeer, waar alles netjes gaat volgens de theorie van Rayleigh en Mie verstrooiing (het soort verstrooiing hangt af van de verhouding tussen de doorsnede van de deeltjes en de golflengte van het licht). Overigens staat er niet dat de verstrooiing onafhankelijk is van golflengte, maar dat het veel minder sterk is ('without strong spectral dependence').
Ik heb het inderdaad kort door de bocht en dus incorrect vertaald. Dank voor de correctie.
Het grote probleem is volgens mij dat de deeltjes niet-sferisch zijn, iets waar de Mie theorie vanuit gaat. Ik ga hier wel behoorlijk mijn kennisterrein te buiten . Wat ik opmaak uit een aantal papers die ik snel heb doorgebladerd, gedraagt e.e.a. zich desondanks nog wel redelijk volgens de verwante en simpele Rayleigh vergelijking, die geldt voor verstrooiing door deeltjes met een doorsnede aanzienlijk kleiner dan de golflengte. De afhankelijkheid van golflengte is daarbij nog wel aanwezig, maar zeer gering voor de doorsnede van de deeltjes waar het om gaat.
Zie hier het probleem van Rayleigh verstrooiing en van de Mie oplossing van de verstrooiing aan een bol. Mie verstrooiing gaat uit van bollen, maar is geldig voor iedere bol diameter (alhoewel het aantal termen in de sommatie die je mee moet nemen wel heel groot wordt voor grote bollen). Rayleigh verstrooiing zegt niet zoveel over de vorm, die heeft alleen maar een effect op de voorfactor in de verstrooiingscross-sectie bij mijn weten (*edit* de verstrooiingscross-sectie kan wel van de orientatie van het deeltje afhangen in het geval van onregelmatige vormen), maar gaat uit van het feit dat het deeltje veel kleiner is dan de golflengte (overigens is er nog een eis, namelijk dat het deeltje kleiner is dan de golflengte van het licht in het deeltje. Dit lijkt een triviale toevoeging maar dat is het niet. Strict genomen moet je bij metalen deeltje in sommige golflengtebereiken erg oppassen. Het deeltje is dan wel kleiner dan de vacuumgolflengte maar niet kleiner dan de golflengte van het licht in het metaal. Rayleigh geldt dan eigenlijk niet meer. In ieder geval zal dat hier bijna geen rol spelen omdat de brekingsgindex van de ijsdeeltjes niet erg groot lijkt zijn). Ik ben geen voorstander van het gebruik van de formulering “Rayleigh verstrooiing met een geringe golflengteafhankelijkheid” omdat een zwakke golflengteafhankelijkheid eigenlijk automatisch impliceert dat er geen sprake kan zijn van Rayleigh verstrooiing. Rayleigh verstrooiing heeft altijd een frequentieafhankelijkheid van w^4 (met w de hoekfrequentie) en dat komt niet overeen met een zwakke (gemeten) golflengteafhankelijkheid. Die zwakke afhankelijkheid is daarom een sterke aanwijzing dat Rayleigh hier niet geldig is en dat er iets anders aan de hand is. De Mie oplossing kan niet gebruikt worden omdat de deeltjes kennelijk niet sferisch zijn.
(De opsomming van mogelijke verklaringen in het artikel waarvan je de link geeft laat wel mooi zien hoe wetenschap werkt.)
Overigens kun je op grond van het feit dat de deeltjes een diameter van zo’n 100 nm hebben wel concluderen dat je voorzichtig moet zijn met het toepassen van de wet van Rayleigh. Dergelijke afmetingen zijn niet geheel en al verwaarloosbaar t.o.v. de golflengtes van zichtbaar licht. Grappig om te moeten constateren dat nog steeds niet duidelijk is wat voor vorm die deeltjes nou precies hebben. Verschillende auteurs spreken elkaar tegen. Kokhanovsky schrijft over de mogelijkheid van “elongated particles or thin plates” : (p139) “However, there are no physical arguments for such shapes to exist in NLC’s” . Vervolgens referereert hij aan Baumgarten die aan de hand van Lidar metingen zou hebben vastgesteld dat er wel degelijk sprake is van naaldjes. In een later artikel (“Spectral properties of mesospheric ice clouds: Evidence for nonspherical particles”, J. GeoPhys. Res. 112, D03211 (2007), zegt Baumgarten, dat er sprake moet zijn van “plates” en “needles”, maar zwakt hij de bewering af met de opmerking: “Certainly, the inferred particle shapes and particle size distribution parameters derived in this study are not unique. In particular, the assumption of needle- or plate-like particle shapes are almost certainly idealizations of the real particle properties”.
Er zijn kennelijk wel sterke aanwijzingen dat de spreiding in de grootte van de deeltjes,
indien wordt aangenomen dat het bolletjes zijn, niet heel groot is.
Ik ben natuurlijk niet in detail ingevoerd in de metingen en experimenten, maar ik zou op grond van de grootte van de deeltjes en op grond van het feit dat het licht van NLC’s witachtig is toch willen suggereren dat Rayleigh hier niet gebruikt kan worden. Het zal, gelet op de grootte van de deeltjes toch iets moeten zijn a la de oplossing van Mie, maar dan rekening houdend met de vorm en grootte van de deeltjes. Vandaar al die pogingen om ze in detail te karakteriseren.
Paul
Quote selectie