سؤال لماذا تبدو السماء زرقاء هو واحد من الأسئلة الأكثر شيوعًا التي يطرحها الأطفال، والجواب يتضمن فيزياء ضوء جميلة للغاية. يبدو ضوء الشمس أبيض لأنه يحتوي على جميع الألوان في الطيف - من الأحمر إلى البنفسجي. عندما يدخل هذا الضوء الغلاف الجوي للأرض، فإنه يصطدم بجزيئات الغاز مثل النيتروجين والأكسجين.
تشتت هذه جزيئات الهواء الضوء في ظاهرة تُسمى تشتت رايلي، وتُسمى نسبة إلى لورد رايلي الذي وصفها في القرن التاسع عشر. الميزة الخاصة بتشتت رايلي هي أنها أقوى بكثير للضوء ذي الطول الموجي القصير (الأزرق والبنفسجي) مقارنة بالضوء ذي الطول الموجي الطويل (الأحمر والبرتقالي). بشكل كمي، شدة التشتت تتناسب عكسيًا مع قوة أربع طول الموجة - مما يعني أن الضوء الأزرق (طول الموجة ~450 نانومتر) يتشتت حوالي 10 مرات أكثر من الضوء الأحمر (طول الموجة ~700 نانومتر).
لذلك، لماذا تبدو السماء زرقاء وليس بنفسي؟ في الواقع، يتشتت الضوء البنفسجي بشكل أقوى من الضوء الأزرق. ولكن هناك سببين يجعلان السماء تبدو زرقاء: الأول، الشمس تنتج المزيد من الضوء الأزرق مقارنة بالبنفسجي؛ الثاني، العين البشرية أكثر حساسية للأزرق مقارنة بالبنفسجي.
الظاهرة نفسها تفسر لماذا تبدو السماء حمراء وبرتقالية أثناء غروب الشمس وشروقها. عندما تكون الشمس منخفضة على الأفق، يجب أن يمر ضوءها عبر طبقة جوية أسمك بكثير. يتم تشتيت الضوء الأزرق تمامًا خلال هذه الرحلة، مما يترك فقط الضوء الأحمر والبرتقالي يصل إلى عيوننا.