美国国家航空航天局戈达德空间研究所和哥伦比亚大学的安东尼·D·德尔·热尼奥解释道。
为了理解为什么天空是蓝色的，我们需要考虑阳光的本质以及它如何与构成我们大气层的气体分子相互作用。阳光，在人眼看来是白色的，实际上是彩虹所有颜色的混合。在许多情况下，阳光可以被认为是电磁波，当阳光穿过大气层时，它会引起空气分子内部的带电粒子（电子和质子）上下振荡。当这种情况发生时，振荡的电荷会产生与入射阳光频率相同的电磁辐射，但会向所有不同的方向传播。空气分子对入射阳光的这种重新定向称为散射。
可见光谱中的蓝色成分比红色成分具有更短的波长和更高的频率。因此，当所有颜色的阳光穿过空气时，蓝色部分比红色部分引起带电粒子更快地振荡。振荡越快，产生的散射光就越多，因此蓝色比红色散射得更强。对于像空气分子这样远小于可见光波长的粒子来说，这种差异是显著的。带电粒子的加速度与频率的平方成正比，散射光的强度与这种加速度的平方成正比。因此，散射光强度与频率的四次方成正比。结果是，蓝光散射到其他方向的效率几乎是红光的 10 倍。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
当我们看向远离太阳的天空中任意一点时，我们只看到被大气层重定向到我们视线中的光。由于这种情况对于蓝光比红光发生得更频繁，因此天空看起来是蓝色的。实际上，紫光的散射甚至比蓝光更强一些。然而，进入大气层的阳光中蓝色比紫色更多，而且我们的眼睛对蓝光比对紫光更敏感，因此天空看起来是蓝色的。
当我们观看地平线上的夕阳时，情况恰恰相反。我们只看到没有散射到其他方向的光。穿过大气层而没有被大量散射的阳光的红色波长到达我们的眼睛，而强烈散射的蓝光则不会。当太阳在地平线上时，阳光穿过大气层的更长距离放大了这种效果——与太阳在头顶时相比，蓝光有更多的散射机会。因此，夕阳看起来是红色的。在受污染的天空中，硫酸盐、有机碳或矿物粉尘的小气溶胶颗粒进一步放大了蓝光的散射，使得污染条件下的日落有时非常壮观。
另一方面，云是由远大于可见光波长的水滴组成的。它们散射阳光的方式取决于光线如何被云滴折射和内反射，以及绕射。对于这些粒子，蓝光和红光的散射差异远不及气体分子那么大。因此，我们的眼睛接收到所有可见波长的显著散射光，使得云看起来比蓝色更白，尤其是当在蓝色天空背景下观看时。
由于大气散射导致天空呈蓝色，因此没有大气层的行星不可能有明亮的天空。例如，阿波罗号宇航员在月球上拍摄的照片显示，他们和月球表面沐浴在阳光下，但在远离太阳的所有方向上都是完全黑暗的天空。