As cores do céu observado mudam dependendo da hora do dia. Em condições sem nuvens, nas horas da tarde, um azul intenso é visível, mas ao nascer e ao pôr do sol aparecem as cores amarelo, laranja e vermelho. As cores que vemos no céu são o resultado de um fenômeno óptico chamado dispersão de Rayleigh.
Luz como uma onda eletromagnética
A luz que vem do Sol nada mais é do que uma onda eletromagnética . A radiação eletromagnética é uma das formas de propagação da energia através do espaço. Se as ondas eletromagnéticas forem ordenadas de acordo com seus parâmetros característicos, por exemplo, frequência, comprimento, etc., obtemos um espectro. O espectro eletromagnético representa todos os tipos de radiação que existem no universo. A luz visível (faixa de 380 nm a 780 nm) é apenas uma pequena parte de todo o espectro eletromagnético, ou seja, a parte que podemos ver. Ele se comporta como uma onda e como um fluxo de partículas. Este fenômeno é chamado de dualidade onda-partícula. A luz branca é criada pela combinação de várias cores simples, chamadas de cores primárias. Eles são visíveis, por exemplo, como um arco-íris (luz branca dispersa em gotas de água). Dentro do espectro eletromagnético correspondente à luz branca, a luz vermelha tem o comprimento de onda mais longo e a luz violeta o mais curto.
Por que vemos cores específicas?
Cada faixa do espectro de luz branca tem cores específicas atribuídas. Essa radiação que incide sobre um determinado objeto será absorvida ou refletida por ele. Por exemplo, uma folha que recebe luz a absorve, com exceção do comprimento de onda verde. O fragmento não absorvido do espectro é espalhado em todas as direções. Parte dessa radiação atingirá o olho e o cérebro “contará” que a folha é verde. Observamos outras cores de maneira semelhante, por exemplo, vermelho morango. Leia mais aqui .
dispersão de Rayleigh
Olhando para o céu, estamos realmente observando a parte da atmosfera que é visível da superfície da Terra. A onda de luz vinda do Sol não viaja em linha reta. Ele encontra uma série de obstáculos em seu caminho. São muitas moléculas (principalmente nitrogênio e oxigênio), poeira, gotas de água e cristais de gelo suspensos no ar. Eles causam dispersão da luz visível, sua reflexão ou absorção. Para que a radiação chegue à Terra, ela deve passar por todos esses obstáculos. Acontece que, ao cair sobre partículas suspensas na atmosfera, a luz se espalha e, de todo o espectro, a cor azul é a mais afetada. Esse efeito é chamado de espalhamento Rayleigh e é responsável pela cor azul do céu. Em 1899, John Rayleigh provou que a intensidade da luz espalhada é inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda. Isso significa que a luz azul (que vemos no céu) é quatro vezes mais dispersa do que a luz vermelha porque tem um comprimento de onda menor no espectro da luz branca. No entanto, os comprimentos de onda correspondentes à cor violeta são mais curtos, então o céu deve ser roxo. Por que não é assim? Uma das razões para esse fenômeno é que a intensidade da radiação violeta que atinge a Terra é muito menor. Além disso, nossos olhos são várias centenas de vezes menos sensíveis à luz violeta em comparação com a azul. 
Outras cores do céu
A maneira como vemos o céu é causada pelo fenômeno de espalhamento de Rayleigh, que afirma que os comprimentos de onda curtos, responsáveis pela cor azul, são muito mais fortemente dispersos do que os comprimentos de onda longos. No entanto, a cor do céu muda durante o dia. O céu azul só é observado por algumas horas da tarde. Por que muda ao nascer e ao pôr do sol? Por que quando o sol se põe, a cor do céu muda do azul, passando pelo amarelo e, por fim, para o vermelho intenso? Isso está relacionado ao caminho que os raios do sol devem percorrer para chegar à Terra. Quanto mais baixo o Sol brilha na abóbada celeste, maior é essa distância. A luz branca, portanto, cai em um pequeno ângulo e os comprimentos de onda mais curtos, ou seja, aqueles atribuídos às cores violeta e azul, são muito espalhados e não atingem o olho do observador. Apenas as cores características de comprimentos de onda longos, ou seja, amarelo e vermelho, são visíveis. Eles causam a cor característica do céu ao pôr do sol. A título de curiosidade, vale mencionar que a fórmula proposta por Rayleigh se refere ao espalhamento em pequenas partículas suspensas na atmosfera. Não se refere, por exemplo, a gotas de água ou cristais de gelo. A dispersão em espécies maiores é explicada pela solução de Mie, descrita em 1908. Ela diz que a luz branca que incide sobre, por exemplo, nuvens, que consistem em partículas de água e gelo, é espalhada igualmente, independentemente do comprimento de onda. Como resultado, as nuvens parecem brancas. Leia também:como descrevemos as cores ?
