Vì sao tầng cao của khí quyển chủ yếu xuất hiện tán xạ Rayleigh?

Tán xạ đều (nonselective scattering) xảy ra khi các hạt trong khí quyển có kích thước lớn hơn nhiều so với bước sóng của ánh sáng. Khi đó, ánh sáng bị tán xạ theo mọi hướng một cách tương đối đồng đều, không phụ thuộc vào bước sóng. Do đó, tất cả các màu sắc của ánh sáng đều bị tán xạ như nhau, và bầu trời hoặc các vật thể quan sát qua lớp khí quyển chứa các hạt lớn này sẽ có màu trắng hoặc xám. * **Phương án A đúng:** Các hạt trong khí quyển có kích thước lớn là nguyên nhân chính của tán xạ đều. * **Phương án B sai:** Không phải tất cả các hạt trong khí quyển gây ra tán xạ đều, mà chỉ các hạt có kích thước lớn. * **Phương án C sai:** Khói, bụi và nước có thể gây ra tán xạ, nhưng tán xạ đều chỉ xảy ra khi kích thước hạt đủ lớn. * **Phương án D sai:** Các hạt có kích thước rất nhỏ gây ra tán xạ Rayleigh, không phải tán xạ đều.

Tán xạ Mie xảy ra khi kích thước của các hạt trong môi trường gần bằng với bước sóng của sóng điện từ. Khi đó, sóng điện từ bị tán xạ mạnh nhất. Các đáp án khác không mô tả đúng điều kiện xảy ra tán xạ Mie.

Tán xạ Rayleigh xảy ra khi ánh sáng (bức xạ điện từ) tương tác với các hạt có kích thước nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của ánh sáng. Khi đó, ánh sáng bị tán xạ theo mọi hướng, và cường độ tán xạ tỉ lệ nghịch với lũy thừa bậc bốn của bước sóng. Điều này giải thích tại sao bầu trời có màu xanh lam, vì ánh sáng xanh lam có bước sóng ngắn hơn ánh sáng đỏ, nên bị tán xạ mạnh hơn bởi các phân tử khí trong khí quyển. * **Phương án A đúng:** Hạt vật chất trong khí quyển có kích thước rất nhỏ so với chiều dài của bước sóng điện từ. * **Phương án B sai:** Nếu kích thước hạt gần bằng bước sóng, tán xạ Mie sẽ xảy ra. * **Phương án C sai:** Nếu kích thước hạt lớn hơn nhiều bước sóng, các hiệu ứng tán xạ khác sẽ chi phối. * **Phương án D sai:** Tán xạ Rayleigh đòi hỏi điều kiện về kích thước hạt so với bước sóng.

Câu hỏi này yêu cầu xác định dạng tán xạ nào không bị gây ra bởi các hạt dạng khí hoặc hơi. Chúng ta sẽ phân tích từng đáp án:

• A. Rayleigh: Tán xạ Rayleigh xảy ra khi ánh sáng tương tác với các hạt có kích thước nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của ánh sáng. Các phân tử khí trong khí quyển là ví dụ điển hình. Do đó, tán xạ Rayleigh do các hạt dạng khí gây ra.
• B. Mie: Tán xạ Mie xảy ra khi kích thước của các hạt tương đương với bước sóng của ánh sáng. Các hạt này có thể là các giọt nước nhỏ, bụi hoặc các hạt ô nhiễm trong khí quyển. Mặc dù có thể có một số hạt khí lớn, nhưng tán xạ Mie chủ yếu liên quan đến các hạt không phải khí.
• C. Nonselective: Tán xạ Nonselective xảy ra khi các hạt có kích thước lớn hơn nhiều so với bước sóng của ánh sáng. Ví dụ điển hình là các giọt nước lớn trong mây hoặc sương mù. Dạng tán xạ này không phụ thuộc vào bước sóng và gây ra hiện tượng mây có màu trắng hoặc xám. Rõ ràng, tán xạ nonselective không do các hạt dạng khí hoặc hơi gây ra.
• D. Dạng tán xạ nào cũng đều do các hạt dạng khí hoặc hơi: Đây là một khẳng định sai, vì chúng ta đã thấy có những dạng tán xạ không do các hạt dạng khí hoặc hơi gây ra.

Vậy, đáp án đúng là C. Nonselective.

Trong khí quyển, các dạng tán xạ xảy ra ở các độ cao khác nhau do sự phân bố kích thước hạt khác nhau: * **Tán xạ Rayleigh:** Xảy ra ở tầng cao nhất của khí quyển, nơi các phân tử khí (như nitơ và oxy) có kích thước nhỏ hơn nhiều so với bước sóng ánh sáng. Tán xạ Rayleigh chịu trách nhiệm cho màu xanh của bầu trời. * **Tán xạ Mie:** Xảy ra ở tầng thấp hơn, nơi có nhiều hạt bụi, hơi nước và các hạt sol khí khác có kích thước tương đương với bước sóng ánh sáng. Tán xạ Mie ảnh hưởng lớn đến tầm nhìn và màu sắc của các đám mây. * **Tán xạ phi chọn lọc (Nonselective):** Xảy ra ở tầng thấp nhất, gần mặt đất, nơi có các hạt lớn như giọt nước mưa, băng hoặc tuyết có kích thước lớn hơn nhiều so với bước sóng ánh sáng. Tán xạ phi chọn lọc tán xạ tất cả các bước sóng ánh sáng một cách đồng đều, tạo ra màu trắng hoặc xám cho mây và sương mù. Do đó, thứ tự từ cao xuống thấp là Rayleigh, Mie, Nonselective.