Pertanyaan mengapa langit berwarna biru adalah salah satu yang paling sering ditanyakan oleh anak-anak, dan jawabannya melibatkan fisika cahaya yang sangat elegan. Cahaya Matahari terlihat putih karena mengandung semua warna dalam spektrum โ dari merah hingga ungu. Ketika cahaya ini memasuki atmosfer Bumi, ia bertabrakan dengan molekul-molekul gas seperti nitrogen dan oksigen.
Molekul-molekul udara ini memantulkan cahaya dalam fenomena yang disebut hamburan Rayleigh, dinamai sesuai dengan Lord Rayleigh yang menjelaskannya pada abad ke-19. Keistimewaan hamburan Rayleigh adalah bahwa ia jauh lebih kuat untuk cahaya berpanjang gelombang pendek (biru dan ungu) dibandingkan cahaya berpanjang gelombang panjang (merah dan jingga). Secara kuantitatif, intensitas hamburan berbanding terbalik dengan pangkat empat panjang gelombang โ artinya cahaya biru (panjang gelombang ~450nm) dipantulkan sekitar 10 kali lebih kuat daripada cahaya merah (panjang gelombang ~700nm).
Jadi mengapa langit terlihat biru dan bukan ungu? Sebenarnya, cahaya ungu dipantulkan lebih kuat daripada cahaya biru. Namun ada dua alasan langit terlihat biru: pertama, Matahari menghasilkan lebih banyak cahaya biru dibandingkan ungu; kedua, mata manusia lebih peka terhadap biru dibandingkan ungu.
Fenomena yang sama menjelaskan mengapa langit berwarna merah dan jingga saat matahari terbit dan terbenam. Ketika Matahari rendah di ufuk, cahayanya harus melewati lapisan atmosfer yang jauh lebih tebal. Cahaya biru dipantulkan habis dalam perjalanan ini, meninggalkan hanya cahaya merah dan jingga yang sampai ke mata kita.