ทำไมท้องฟ้าเป็นสีฟ้า และพระอาทิตย์ตกเป็นสีแดง

แสงอาทิตย์ประกอบด้วยแสงทุกสีรวมกันจนดูเป็นสีขาว เมื่อแสงผ่านบรรยากาศ โมเลกุลไนโตรเจนและออกซิเจนซึ่งเล็กกว่าความยาวคลื่นของแสงมาก จะดูดกลืนแล้วปล่อยแสงออกไปในทิศต่าง ๆ เรียกว่าการกระเจิงแบบเรย์ลี

สีน้ำเงินกระเจิงมากกว่า

ลอร์ดเรย์ลี แสดงในปี ค.ศ. 1871 ว่าความเข้มของแสงที่ถูกกระเจิงโดยอนุภาคที่เล็กกว่าความยาวคลื่นมาก แปรผกผันกับความยาวคลื่นยกกำลังสี่

แสงสีน้ำเงินที่ราว 450 นาโนเมตรจึงถูกกระเจิงมากกว่าแสงสีแดงที่ราว 700 นาโนเมตร ราว 5.9 เท่า ((700/450)^4) เมื่อมองท้องฟ้าในทิศที่ไม่ใช่ดวงอาทิตย์ แสงที่มาถึงตาเราคือแสงที่ถูกกระเจิงมาจากทั่วท้องฟ้า ซึ่งมีสีน้ำเงินมากเป็นพิเศษ

ทำไมไม่เป็นสีม่วง

แสงสีม่วงถูกกระเจิงมากกว่าสีน้ำเงินด้วยซ้ำ แต่แสงอาทิตย์มีสีม่วงน้อยกว่าสีน้ำเงิน บางส่วนถูกดูดกลืนในบรรยากาศชั้นบน และดวงตามนุษย์ไวต่อสีม่วงน้อยกว่ามาก เมื่อสมองรวมสัญญาณจากเซลล์รับสีทั้งสามชนิด ผลจึงออกมาเป็นสีฟ้า

พระอาทิตย์ขึ้นและตกสีส้มแดง

ตอนที่ดวงอาทิตย์อยู่ใกล้ขอบฟ้า แสงที่มาถึงเราต้องผ่านอากาศหนากว่าตอนเที่ยงหลายสิบเท่า แสงสีน้ำเงินถูกกระเจิงออกไปจากลำแสงเกือบหมดระหว่างทาง ที่เหลือมาถึงตาเราจึงเป็นสีส้มและแดง ฝุ่น ควัน และละอองจากไฟป่าหรือภูเขาไฟทำให้สีเข้มขึ้นไปอีก

เมฆเป็นสีขาว

หยดน้ำในเมฆใหญ่กว่าความยาวคลื่นของแสงมาก การกระเจิงจากอนุภาคขนาดนี้ (การกระเจิงแบบมี) แทบไม่ขึ้นกับความยาวคลื่น แสงทุกสีถูกกระเจิงพอ ๆ กัน เมฆจึงเป็นสีขาวหรือเทา หมอกควันและฝุ่นละเอียดก็ทำให้ท้องฟ้าซีดลงเป็นสีขาวอมเทาด้วยเหตุผลเดียวกัน

ท้องฟ้าบนโลกอื่น

• ดวงจันทร์ ไม่มีบรรยากาศ ท้องฟ้าจึงดำสนิทแม้ในเวลากลางวัน เห็นดาวได้ตลอด (ถ้าตาไม่ถูกแสงจ้าจากพื้นผิวรบกวน)
• ดาวอังคาร ฝุ่นละเอียดสีส้มในอากาศทำให้ท้องฟ้ากลางวันเป็นสีน้ำตาลอมส้ม แต่ตอนดวงอาทิตย์ตกกลับเป็นสีฟ้าอมเทารอบดวงอาทิตย์ เพราะฝุ่นขนาดนั้นกระเจิงแสงสีน้ำเงินไปข้างหน้าได้ดีกว่า

แสงวาบสีเขียว

ในวันที่อากาศใสมาก เสี้ยววินาทีที่ขอบบนของดวงอาทิตย์กำลังลับขอบทะเล อาจเห็นแสงสีเขียววาบขึ้น เพราะบรรยากาศหักเหแสงสีเขียวมากกว่าสีแดงเล็กน้อย ภาพสีเขียวจึงอยู่สูงกว่าและหายไปช้ากว่า ส่วนสีน้ำเงินถูกกระเจิงออกไปจนเหลือน้อย