Dlaczego niebo jest niebieskie?
Większość promieniowania, jakie dostrzegają nasze oczy pochodzi od Słońca. Nasza gwiazda emituje fale wszelkiej długości, ale zdecydowanie najwięcej energii wkłada w światło o kolorach od fioletu do czerwieni. Pośród nich zaś zdecydowanym rekordzistą jest kolor niebieski. Dalej w rankingu plasują się zielony, żółty i czerwony. Podczerwieni i ultrafioletu od początku jest mniej, a w dodatku są bardzo skutecznie przechwytywane przez atmosferę zanim dotrą do powierzchni Ziemi. Dlatego ewolucja przystosowała nasze oczy do postrzegania światła, które nazywamy "widzialnym".
Losy promieniowania słonecznego w atmosferze zależą od jego koloru, a więc długości fali. Właściwie zaś istotny jest stosunek tej wielkości do rozmiarów cząstek powietrza. Dla długich fal (np. odpowiadających czerwieni) życie jest łatwe - cząsteczki powietrza są za małe, żeby przeszkodzić im w podróży, podobnie jak dla nas podczas spaceru żadną przeszkodą nie jest krawężnik. Czerwone czy pomarańczowe promienie przemierzają atmosferę praktycznie po linii prostej.
Z promieniami niebieskimi (których fale są krótsze) jest inaczej. Te same molekuły powietrza, które dla "czerwonych" są małe, są odpowiednio duże, żeby światło niebieskie odbijało się od nich jak kulka we fliperach. Z naszego punktu widzenia znaczy to tyle, że światło czerwone płynie do nas tylko z kierunku tarczy słonecznej. Za to niebieskiego wszędzie jest pełno i dociera do nas ze wszystkich kierunków, tworząc nad nami błękitną kopułę.
Granica w zachowaniu fal jest płynna, czemu zawdzięczamy fakt, że niebo nie zawsze jest niebieskie. Np. światło żółte (długość fali pomiędzy niebieskim a czerwonym) rozprasza się, ale dosyć słabo. W środku dnia, kiedy Słońce jest wysoko na nieboskłonie, fale mają do pokonania stosunkowo cienką warstwę atmosfery. Na tyle cienką, że jedynie niebieskie światło skutecznie się rozprasza. O zachodzie Słońca sytuacja się zmienia. Droga światła w atmosferze przed dotarciem do naszych oczu jest dłuższa, dzięki czemu również zielone i żółte promienie rozpraszają się i niebo ma cieplejszy kolor - często nawet złoty lub pomarańczowy.
Angielski fizyk John Strutt baron Rayleigh (1842-1919) odkrył, że gdy światło słoneczne zderza się z cząsteczkami w atmosferze, to niebieska jego część (która składa się z fal o dużych częstościach) jest odbijana w kierunku Ziemi.
(Z tego samego powodu zachody Słońca są czerwone. Gdy Słońce leży nisko nad horyzontem, jego promienie pokonują dosyć długą drogę w atmosferze i tracą część światła niebieskiego, toteż dociera do nas więcej światła o niskich częstościach, tj. światła w kolorze czerwonym).
Jest to efekt rozpraszania światła słonecznego przez ziemską atmosferę. Dokładnie mówiąc to efekt rozpraszania na fluktuacjach gęstości gazu (powietrza). Niebieska cześć widma jest rozpraszana o wiele bardziej niż pozostałe składowe, bo stopień rozpraszania zależy od odwrotności długości fali, czyli im mniejsza długość fali tym większe rozpraszanie na cząsteczkach atmosfery. A właśnie w zakresie widzialnym, „światło” niebieskie ma najmniejszą długość fali.