Рассеяние света Рэлея
Солнечный свет белый — это смесь всех цветов радуги. Проходя через воздух, свет сталкивается с молекулами газа (азота и кислорода). Молекулы переизлучают свет во все стороны — это и есть рассеяние. Важно, что интенсивность рассеяния очень сильно зависит от длины волны: она обратно пропорциональна четвёртой степени длины волны (закон Рэлея).
I ~ 1 / λ⁴
Синий свет (λ ≈ 450 нм) имеет короткую волну, красный (λ ≈ 700 нм) — длинную. Из-за четвёртой степени синий рассеивается примерно в (700/450)⁴ ≈ 6 раз сильнее красного. Поэтому небо во все стороны светится рассеянным синим.
А почему не фиолетовое?
Фиолетовый рассеивается даже сильнее синего, но его в солнечном спектре меньше, а наши глаза к фиолетовому менее чувствительны. В сумме мозг видит небо именно голубым.
Почему закат красный
На закате Солнце у горизонта, и его лучи проходят сквозь атмосферу не сверху вниз, а почти вдоль поверхности — путь через воздух становится в десятки раз длиннее. На таком длинном пути синий и зелёный рассеиваются полностью и «теряются» в стороны. До глаз доходит только то, что рассеивается слабо, — красный и оранжевый. Поэтому Солнце и облака у горизонта краснеют.
Почему космос чёрный
В космосе нет воздуха, рассеивать свет не на чем — поэтому небо там чёрное даже днём, а звёзды видны рядом с Солнцем.
