Кольори спостережуваного неба змінюються в залежності від часу доби. У безхмарних умовах у другій половині дня видно інтенсивний блакитний відтінок, але на сході та заході сонця з'являються жовті, оранжеві та червоні кольори. Кольори, які ми бачимо на небі, є результатом оптичного явища, яке називається розсіюванням Релея.
Світло як електромагнітна хвиля
Світло, що виходить від Сонця, є не що інше, як електромагнітна хвиля . Електромагнітне випромінювання є одним із способів поширення енергії в просторі. Якщо електромагнітні хвилі впорядкувати відповідно до їх характерних параметрів, наприклад частоти, довжини тощо, ми отримаємо спектр. Електромагнітний спектр представляє всі види випромінювання, які існують у Всесвіті. Видиме світло (діапазон від 380 нм до 780 нм) – це лише мала частина всього електромагнітного спектру, а саме та частина, яку ми можемо бачити. Він поводиться і як хвиля, і як потік частинок. Це явище називається корпускулярно-хвильовим дуалізмом. Біле світло створюється шляхом поєднання кількох простих кольорів, які називаються основними кольорами. Їх видно, наприклад, як веселка (біле світло, розсіяне в краплинах води). У електромагнітному спектрі, що відповідає білому світлу, червоне світло має найдовшу довжину хвилі, а фіолетове світло — найкоротшу.
Чому ми бачимо певні кольори?
Кожен діапазон спектру білого світла має певні кольори. Таке випромінювання, потрапляючи на конкретний об’єкт, буде поглинатися або відбиватися ним. Наприклад, лист, який отримує світло, поглинає його, за винятком зеленої довжини хвилі. Непоглинутий фрагмент спектру розсіюється в усіх напрямках. Частина цього випромінювання досягне ока, і мозок «скаже», що лист зелений. Подібним чином ми спостерігаємо інші кольори, наприклад полуничний червоний. Детальніше тут .
Релеївське розсіювання
Дивлячись на небо, ми фактично спостерігаємо ту частину атмосфери, яку видно з поверхні Землі. Світлова хвиля, що йде від Сонця, не поширюється прямолінійно. На своєму шляху він зустрічає низку перешкод. Це багато молекул (в основному азоту і кисню), пил, краплі води і кристали льоду, зважені в повітрі. Вони викликають розсіювання видимого світла, його відображення або поглинання. Щоб випромінювання досягло Землі, воно має пройти через усі ці перешкоди. Виявляється, коли воно потрапляє на зважені в атмосфері частинки, світло розсіюється, і з усього спектру найбільше страждає синій колір. Цей ефект називається розсіюванням Релея і відповідає за блакитний колір неба. У 1899 році Джон Релей довів, що інтенсивність розсіяного світла обернено пропорційна четвертому степеню довжини хвилі. Це означає, що синє світло (яке ми бачимо на небі) розсіюється в чотири рази більше, ніж червоне світло, оскільки воно має коротшу довжину хвилі в спектрі білого світла. Однак довжини хвиль, що відповідають фіолетовому кольору, коротші, тому небо повинно бути фіолетовим. Чому це не так? Однією з причин цього явища є те, що інтенсивність фіолетового випромінювання, яке досягає Землі, значно нижча. Крім того, наші очі в кілька сотень разів менш чутливі до фіолетового світла, ніж до синього. 
Інші кольори неба
Те, як ми бачимо небо, викликано явищем розсіювання Релея, яке стверджує, що короткі хвилі, відповідальні за синій колір, розсіюються набагато сильніше, ніж довгі. Однак протягом дня колір неба змінюється. Блакитне небо спостерігається лише кілька годин у другій половині дня. Чому він змінюється зі сходом і заходом сонця? Чому коли сонце заходить, колір неба змінюється від блакитного до жовтого і, нарешті, до інтенсивно-червоного? Це пов’язано зі шляхом, який повинні пройти сонячні промені, щоб досягти Землі. Чим нижче Сонце світить на небесному зводі, тим більше ця відстань. Таким чином, біле світло падає під малим кутом, а хвилі з меншою довжиною, тобто ті, що відносяться до фіолетового та синього кольорів, розсіюються занадто сильно і не досягають ока спостерігача. Видно лише кольори, характерні для довгих хвиль, тобто жовтий і червоний. Вони зумовлюють характерне забарвлення неба на заході сонця. Як цікавість, варто згадати, що формула, запропонована Релеєм, відноситься до розсіювання на малих частинках, зважених в атмосфері. Це не стосується, наприклад, крапель води або кристалів льоду. Розсіювання на великих видах пояснюється рішенням Мі, описаним у 1908 році. У ньому сказано, що біле світло, яке падає, наприклад, на хмари, які складаються з води та частинок льоду, розсіюється однаково, незалежно від довжини хвилі. В результаті хмари здаються білими. Читайте також:як ми описуємо кольори ?
