نرى السماء باللون الأزرق بسبب الطريقة التي يتفاعل بها الغلاف الجوي مع ضوء الشمس، حيث يتكون ضوء الشمس والضوء الأبيض من العديد من الألوان المختلفة الأخرى، وكل لون يمتلك طول موجي خاص به، ويمكن أن يتأثر الضوء بكل ما يصادفه في الغلاف الجوي فمثلًا في حال مر ضوء الشمس خلال مادة شفافة مثل الماء فإن الموجات الضوئية ستنكسر أو تنحني لأن الضوء يغير سرعته في حال انتقاله من وسط إلى آخر، وبذلك تنفصل بصريات الضوء الأبيض إلى ألوانه التأسيسية؛ لأن الأطوال الموجية المختلفة للضوء تنكسر عند زوايا مختلفة، بينما تعكس بعض الأمور الأخرى مثل المرايا الضوء في اتجاه واحد، ويمكن أن تسبب الكائنات الحية الأخرى تشتت الضوء في العديد من الاتجاهات.

على الرغم من أن جسيمات الغلاف الجوي تبعثر اللون البنفسجي أكثر من الأزرق إلا أن السماء تبدو زرقاء اللون في أعين البشر، وذلك لأن العينين أكثر حساسية تجاه الضوء الأزرق، ولأن الضوء البنفسجي يُمتص في الغلاف الجوي العلوي، بالإضافة إلى أن العينين تعمل بشكل أفضل في الترددات القريبة من وسط الطيف أي ألوان الأصفر والأخضر، ونظرًا لأن اللون الأزرق أقرب إلى الأصفر والأخضر من الأرجواني فإن السماء ترى باللون الأزرق.

تأثير تبعثر ريليه

يعود سبب زرقة السماء إلى نوع معين من التبعثر يطلق عليه تبعثر ريليه، والذي يشير إلى التبدد التلقائي للضوء خارج الجسيمات التي لا تزيد عن عشر الطول الموجي للضوء، حيث يعتمد تبعثر ريليه على طول موجة الضوء بشكل كبير مع تناثر ضوء الموجة بشكل أكبر، كما في الغلاف الجوي السفلي فإن جزيئات الأكسجين والنيتروجين الصغيرة تشتت الضوء قصير الموجة مثل الضوء الأزرق والبنفسجي بدرجة أكبر من تشتيت الضوء ذو الطول الموجي الكبير مثل الأحمر والأصفر.

تأثير الغبار والجزيئات

يُعتقد أن اللون الأزرق في السماء هو نتيجة لجزيئات الغبار الصغيرة وقطرات بخار الماء المتواجدة في الغلاف الجوي، حيث تواجد اختلاف كبير حول هذا الرأي؛ ففي حال صحته فإنه يجب أن يكون هناك اختلاف أكبر في لون السماء نتيجةً للرطوبة والضباب، وما تم ملاحظته فعليًا يفترض أن جزيئات الأكسجين والنيتروجين في الهواء سبب كافٍ لتفسير ظاهرة الانتثار والتبدد الضوئي، كما تمت تسوية هذه الآراء من قبل آينشتاين في عام 1911م، والذي حسب الصيغة التفصيلية لتناثر الضوء من الجزيئات، حيث لاحظ أن الجزيئات قادرة على تشتيت الضوء لأن المجال الكهرومغناطيسي للموجات الضوئية تحرض لحظات ثنائية القطب الكهربائية في الجزيئات.