چرا آسمان در طول روز آبی به‌نظر می‌رسد،

 ولی هنگام طلوع و غروب خورشید نارنجی است؟

می‌دانیم که نور سفیدی که از خورشید می‌بینیم بخش کوچکی از تشعشع خورشیدی یا همان طیف الکترومغناطیس است. این نور را می‌توان با استفاده از یک منشور به اجزای تشکیل ‌دهنده‌اش که همان رنگ‌های رنگین کمانی است تجزیه نمود.

جّو زمین آکنده از مولکول­های گازهای گوناگون است. همین مولکول‌ها هستند که با جذب و نشر نور خورشید بر وضع آب و هوا اثر می­گذارند و البته بیشتر این جذب و نشرها در طول موج‌های خارج از بخش مرئی امواج الکترومغناطیس اتفاق می‌افتد. در حقیقت رنگ آبی آسمان، رنگ سفید ابرها و سرخی شفق و فلق در هنگام طلوع و غروب خورشید ناشی از برهم کنش‌های مختلف بین نور و مولکول‌ها و ذرات است که پخش‌شدگی نامیده می‌شود.

بگذارید ساده‌تر توضیح دهم: امواج خروشان یک رودخانه هنگام برخورد با سنگ‌های بزرگ در بستر رودخانه در جهت‌های مختلف پخش می‌شوند. به همین ترتیب نور خورشید هم هنگام  برخورد با مولکول‌های گاز پخش می‌شود. حالا اینکه این نور چقدر و در چه جهتی پخش شود بستگی دارد به اندازه‌ی نسبی ذرات موجود در جوّ و همین‌طور اندازه‌ی طول موج نور. بیشتر مولوکول‌های تشکیل‌دهنده‌ی جو‌ّ زمین بسیار کوچک‌تر از طول موج نور مرئی هستند و نقش چندانی در پخش نور ندارند. همان‌طور که اثر یک سنگ بزرگ با اثر یک ریگ در رودخانه در پخش امواج آب قابل مقایسه نیست. با این حال هر چه طول موج کم‌تر باشد، اندازه‌ی نسبی ذره‌ی پخش کننده موج نیز بزرگ‌تر خواهد بود. از این رو است که طول موج‌های کوتاه‌تر که همان بخش آبی طیف نور مرئی هستند، بیشتر از طول موج‌های بلندتر که بخش قرمز طیف مرئی هستند پخش می‌شوند. به همین دلیل وقتی آسمان را نگاه می‌کنیم، در حقیقت بخش آبی پخش شده طیف مرئی را مشاهده می‌کنیم. رایلی، فیزیکدان بریتانیایی در قرن نوزدهم بود که دلیل آبی رنگ بودن آسمان را طی نظریه‌ای که در بالا شرح داده شد توضیح داد و به همین دلیل پخش نور آبی تحت تأثیر ذرات بسیار ریز و مولکول‌های موجود در جوّ زمین به «پخش رایلی» معروف است.

همین طور علت سفید دیده شدن ابرها نیز برمی‌گردد به این‌که ذرات تشکیل دهنده‌ی ابر بسیار بزرگ­تر از طول موج‌های نور مرئی هستند و به همین دلیل قسمت عمده طول‌موج‌های مرئی را به طور یکنواخت پخش می‌کنند، پس سفید دیده می‌شود.

در صحراها بخار آب کم‌تر و ذرات غبار کمتری نسبت به شهرها می‌تواند وجود داشته باشد و از این رو است که آسمان کاملاً آبی و خوش‌رنگ به نظر می‌رسد. در حالی‌که در آب‌وهوای شهرها، به‌خصوص در شهرهای بزرگی مثل تهران و در زمان وارونگی دمایی در روزهای سرد سال که ذرات موجود در جوّ به حداکثر مقدار خود می‌رسند، آسمان متمایل به سفید دیده می‌شود.

در هنگام طلوع و غروب، آسمان و بخشی از ابرها را به رنگ‌های زرد و نارنجی و قرمز می‌بینیم که دلیل آن طی شدن مسیر طولانی‌تر نور خورشید در جوّ در زمان طلوع و غروب است و این‌که نور خورشید بیشتر تحت تأثیر ذرات موجود در جوّ در زمان طلوع و غروب قرار می‌گیرد. در این حالت چون نور مسافت بیشتری را در جوّ طی می‌کند، بیشتر طول‌ موج‌های کوتاه پخش می‌شود و فقط طول موج‌های بلند که نارنجی و قرمز هستند باقی می‌ماند. گاهی حضور ذرات ریزی همچون ذرات سولفات در جوّ سبب می‌شود میزان پخش بیشتر شود. این ذرات معمولاً کوچک‌تر از طول موج‌های نور مرئی هستند و قسمت بیشتر طول موج‌های کوتاه طیف مرئی یعنی آبی را پخش می‌کنند. برای مثال گاهی وقوع فوران‌های آتشفشانی، آتش‌سوزی‌های بزرگ در جنگل و توفان‌های عظیم در بیابان‌ها باعث می‌شود ذرات زیادی در آسمان پخش شود و در نتیجه به هنگام طلوع و غروب خورشید، آسمان قرمزتر از گذشته به نظر برسد.