A pergunta por que o céu é azul é uma das mais frequentemente feitas pelas crianças, e a resposta envolve uma física muito elegante da luz. A luz do Sol parece branca porque contém todas as cores no espectro — do vermelho ao violeta. Quando essa luz entra na atmosfera da Terra, ela colide com moléculas de gás como nitrogênio e oxigênio.
Essas moléculas do ar espalham a luz em um fenômeno chamado espalhamento de Rayleigh, nomeado em homenagem a Lord Rayleigh que o explicou no século XIX. A característica do espalhamento de Rayleigh é que ele é muito mais forte para a luz de comprimento de onda curto (azul e violeta) do que para a luz de comprimento de onda longo (vermelho e laranja). Quantitativamente, a intensidade do espalhamento é inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda — o que significa que a luz azul (comprimento de onda ~450nm) é espalhada cerca de 10 vezes mais fortemente do que a luz vermelha (comprimento de onda ~700nm).
Então, por que o céu parece azul e não violeta? Na verdade, a luz violeta é espalhada mais fortemente do que a luz azul. No entanto, há duas razões pelas quais o céu parece azul: primeiro, o Sol produz mais luz azul do que violeta; segundo, os olhos humanos são mais sensíveis ao azul do que ao violeta.
O mesmo fenômeno explica por que o céu parece vermelho e laranja durante o nascer e pôr do sol. Quando o Sol está baixo no horizonte, sua luz precisa atravessar uma camada muito mais espessa da atmosfera. A luz azul é espalhada totalmente nesse percurso, deixando apenas a luz vermelha e laranja que chega aos nossos olhos.