Щоб досягти поверхні землі, сонячне світло має пройти через ці об'єкти. Але частина світла не доходить до поверхні, а якщо доходить, то непрямим шляхом.

Чому? Тому що частина світла розсіюється об'єктами в атмосфері.

Видиме світло являє собою електромагнітні хвилі досить вузького діапазону довжини (приблизно 390-700 нанометрів, де 1 нанометр дорівнює однієї мільярдної метра). Цей електромагнітний спектр охоплює діапазон від дуже довгих радіохвиль до надзвичайно коротких гамма-променів.

У межах видимої частини спектру червоне світло має велику довжину хвиль, ніж блакитний - 650 нм проти 450 нм.

Коли світло розсіюється в атмосфері, величина та кут розсіювання залежать від довжини хвилі і розміру розсіюючого об'єкта.

Якщо розмір розсіюючого об'єкта значний порівняно з довжиною хвилі світла розсіюється, то його форма також має значення.

Молекули є найменшими розсіюючими об'єктами, вони в 1000 разів менше довжини хвилі видимого світла. Для молекул - таких, як молекули азоту, який становить 78% атмосфери, залежність інтенсивності розсіювання від довжини хвилі обернено пропорційна четвертого ступеня довжини хвилі.

Тобто, порівнюючи блакитний і червоний колір, ми беремо співвідношення довжини хвилі (650/450) і зводимо його в четверту ступінь, щоб розрахувати, наскільки більш імовірним буде розсіювання блакитного кольору, ніж червоного (виходить 4.3 рази).

Блакитний світло, проходячи від сонця через атмосферу Землі розсіюється у напрямку до вашим очам.

Таким чином, небо виглядає блакитним, оскільки розсіювання від молекул більш ймовірно для блакитного світла, ніж для червоного.

У будь-якому напрямку блакитного світла так багато, що він повністю пригнічує світло зірок, які, тим не менше, продовжують світити і вдень.

Якщо ви наблизитеся до космосу досить близько, побачите, що небо там чорне. Це відбувається тому, що там нагорі немає ніяких значних об'єктів, які розсіювали б сонячне світло перед вашими очима.

І навпаки, якщо ви дивитеся прямо на сонце крізь чисту атмосферу (без диму чи пилу), значна кількість блакитного світла відсіюється з лінії погляду, що надає сонця жовтуватий відтінок.

Цей вид розсіювання - коли розсіюючий об'єкт значно менше довжини хвилі світла - названий рэлеевским розсіюванням на честь британського фізика 19-го століття, лорда Релея.

На заході шлях сонячного світла через атмосферу до вашим очам особливо довгий. У цьому випадку так багато блакитного світла втрачається (тобто відсіюється), що сонце виглядає помаранчевим або навіть червоним.

Космос не виглядає блакитним, тому що там немає достатньо молекул, щоб розсіювати блакитний світло по напрямку до наглядача.

Крапельки води і кристали льоду, які складають хмари, досить великі порівняно з довжиною хвилі видимого світла (принаймні, в 20 разів більше). У цьому випадку розсіювання світла сильне і майже не залежить від довжини хвилі, у всякому разі, у видимому діапазоні. Хмари виглядають білими або різних відтінків нейтрального сірого кольору, якщо вони знаходяться в тіні інших хмар.

Цей знімок сонця показує фарбування в червоний світло, обумовлене ефектом розсіювання. Ми не можемо бачити на цьому знімку, що саме сонце виглядає червоним. Однак розсіяний хмарами сонячне світло - червоного кольору. Частинки хмар мають дуже малу залежність довжини хвилі від розсіюючого об'єкта (для видимого світла). Таким чином, колір хмар на знімку обумовлений потрапляють на них сонячним світлом.

Якщо ви прийміть до уваги залежність інтенсивності розсіювання від довжини хвилі для частинок середнього розміру, то виявите, що у вузькому хвильовому діапазоні ця залежність змінюється в зворотній бік. Тобто в цьому діапазоні, який може охопити видимий спектр, інтенсивність розсіювання сильніше для більш довгих хвиль.

Частинки такого розміру можуть перебувати у видимому спектрі. В цьому випадку, коли сонячне світло проходить через повітря, в якому присутні такі частинки, червоне світло розсіюється, і сонце (або місяць) буде виглядати голубуватим.

Це рідкісне явище має місце в тому випадку, коли викиди вулканічного попелу або лісові пожежі заповнюють атмосферу частками відповідного розміру.

На відміну від Землі, марсіанська атмосфера досить пильна, і небо на Марсі оранжевого кольору, іноді з блакитними заходами. Це пояснюється тим, що частинки пилу на Марсі набагато перевищують розмір молекул вуглекислого газу, з якого складається атмосфера червоної планети.

Те, що атмосфера на Марсі дуже розріджена, означає, що інтенсивність розсіювання із-за пилу має там порівняно більше значення, ніж на Землі.

На заході відсіюється так багато блакитного світла, що сонце виглядає помаранчевим або навіть червоним.

Коли-небудь, лежачи в траві і милуючись білими хмарами, пливуть по дивовижно синього неба, згадайте фізичне явище, яке обумовлює те, що ви бачите.