Farby pozorovanej oblohy sa menia v závislosti od dennej doby. V bezoblačných podmienkach je v popoludňajších hodinách viditeľná intenzívna modrá, ale pri východe a západe slnka sa objavia žlté, oranžové a červené farby. Farby, ktoré vidíme na oblohe, sú výsledkom optického javu nazývaného Rayleighov rozptyl.
Svetlo ako elektromagnetická vlna
Svetlo prichádzajúce zo Slnka nie je nič iné ako elektromagnetická vlna . Elektromagnetické žiarenie je jedným zo spôsobov šírenia energie priestorom. Ak sú elektromagnetické vlny usporiadané podľa ich charakteristických parametrov, napr. frekvencie, dĺžky atď., dostaneme spektrum. Elektromagnetické spektrum predstavuje všetky druhy žiarenia, ktoré existujú vo vesmíre. Viditeľné svetlo (rozsah od 380 nm do 780 nm) je len malá časť celého elektromagnetického spektra, konkrétne tá časť, ktorú sme schopní vidieť. Správa sa ako vlna aj ako prúd častíc. Tento jav sa nazýva vlnovo-časticová dualita. Biele svetlo vzniká kombináciou niekoľkých jednoduchých farieb, ktoré sa nazývajú primárne farby. Sú viditeľné napríklad ako dúha (biele svetlo rozptýlené v kvapkách vody). V rámci elektromagnetického spektra zodpovedajúceho bielemu svetlu má červené svetlo najdlhšiu vlnovú dĺžku a fialové svetlo najkratšiu.
Prečo vidíme konkrétne farby?
Každý rozsah spektra bieleho svetla má priradené špecifické farby. Takéto žiarenie dopadajúce na konkrétny objekt bude absorbované alebo odrazené. Napríklad list, ktorý prijíma svetlo, ho pohltí, s výnimkou zelenej vlnovej dĺžky. Neabsorbovaný fragment spektra je rozptýlený vo všetkých smeroch. Časť tohto žiarenia sa dostane do oka a mozog „povie“, že list je zelený. Podobne pozorujeme aj iné farby, napr. jahodovo červenú. Prečítajte si viac tu .
Rayleighov rozptyl
Pri pohľade na oblohu vlastne pozorujeme tú časť atmosféry, ktorá je viditeľná z povrchu Zeme. Svetelná vlna prichádzajúca zo Slnka sa nepohybuje priamočiaro. Na svojej ceste sa stretáva s množstvom prekážok. Sú to mnohé molekuly (hlavne dusík a kyslík), prach, kvapky vody a ľadové kryštály suspendované vo vzduchu. Spôsobujú rozptyl viditeľného svetla, jeho odraz alebo absorpciu. Aby sa žiarenie dostalo na Zem, musí prejsť cez všetky tieto prekážky. Ukazuje sa, že pri dopade na častice suspendované v atmosfére sa svetlo rozptýli a z celého spektra je najviac ovplyvnená modrá farba. Tento efekt sa nazýva Rayleighov rozptyl a je zodpovedný za modrú farbu oblohy. V roku 1899 John Rayleigh dokázal, že intenzita rozptýleného svetla je nepriamo úmerná štvrtej mocnine vlnovej dĺžky. To znamená, že modré svetlo (ktoré vidíme na oblohe) je štyrikrát viac rozptýlené ako červené svetlo, pretože má v spektre bieleho svetla kratšiu vlnovú dĺžku. Vlnové dĺžky zodpovedajúce fialovej farbe sú však kratšie, takže obloha by mala byť fialová. Prečo to tak nie je? Jedným z dôvodov tohto javu je, že intenzita fialového žiarenia, ktoré dopadá na Zem, je oveľa nižšia. Okrem toho sú naše oči niekoľko stokrát menej citlivé na fialové svetlo v porovnaní s modrým. 
Iné farby oblohy
Spôsob, akým vidíme oblohu, je spôsobený javom Rayleighovho rozptylu, ktorý hovorí, že krátke vlnové dĺžky, zodpovedné za modrú farbu, sú rozptýlené oveľa silnejšie ako dlhé vlnové dĺžky. Farba oblohy sa však počas dňa mení. Modrá obloha sa pozoruje len niekoľko hodín popoludní. Prečo sa mení pri východe a západe slnka? Čím to je, že keď Slnko zapadne, farba oblohy sa zmení z modrej, cez žltú a nakoniec na intenzívne červenú? Súvisí to s dráhou, ktorú musia slnečné lúče prejsť, aby sa dostali na Zem. Čím nižšie Slnko svieti v nebeskej klenbe, tým väčšia je táto vzdialenosť. Biele svetlo teda dopadá pod malým uhlom a kratšie vlnové dĺžky, teda tie, ktoré sú priradené fialovej a modrej farbe, sú príliš rozptýlené a nedostanú sa k oku pozorovateľa. Viditeľné sú len farby charakteristické pre dlhé vlnové dĺžky, teda žltá a červená. Spôsobujú charakteristickú farbu oblohy pri západe slnka. Pre zaujímavosť stojí za zmienku, že vzorec navrhnutý Rayleighom sa týka rozptylu na malých časticiach suspendovaných v atmosfére. Nevzťahuje sa napr. na vodné kvapky alebo ľadové kryštály. Rozptyl na väčších druhoch vysvetľuje Mieov roztok opísaný v roku 1908. Hovorí sa v ňom, že biele svetlo dopadajúce napríklad na oblaky, ktoré pozostávajú z častíc vody a ľadu, sa rozptyľuje rovnako, bez ohľadu na vlnovú dĺžku. V dôsledku toho sa oblaky javia ako biele. Prečítajte si tiež:ako popisujeme farby ?
