למה השמיים כחולים?

אור השמש הוא אור לבן המכיל את כל אורכי הגל, אך שיא הפליטה של אור השמש נגזר מטמפרטורת השמש. טמפרטורת פני השטח של השמש היא כ-6000 מעלות צלסיוס, והיא שווה לאורך גל של כ-550 ננומטר, הנקלט בעין שלנו כצבע צהוב.

השמים על פני כדור הארץ נראים כחולים משום שמולקולות החנקן והחמצן באטמוספרה מפזרות לעיננו בעיקר את אורך הגל המתבטא כאור כחול, ומעבירות ללא הפרעה את אורכי הגל המתבטאים כצבע אדום והצהוב. בחלל, אגב, לא קיימת אטמוספרה, ולכן אין כל חומר, בין אם גז, נוזלי או מוצק, שיכול לפזר את האור. למעשה, החלל הוא אינו ריק מוחלט, אבל צפיפות החומר היא אפסית.

כאשר ממריאים בחללית מפני כדור הארץ - ניתן לראות איך השמיים סביבנו הופכים מתכלת לכחול, כחול עמוק ולבסוף, כשנצא מחוץ לאטמוספרה, נראה את הצבע השחור שאופייני לחלל. אם היינו יוצאים מחוץ לאטמוספרה, גם צבע השמש הנראה לנו היה משתנה מעט.

לקראת זריחה ושקיעה השמש נמוכה מאוד בשמיים, והמרחק שקרני השמש עוברות באטמוספרה ארוך הרבה יותר. עקב כך, מרבית האור באורכי גל קצרים מתפזר לפני שהוא מגיע אלינו, ומה שנותר זה אורכי הגל הארוכים יותר - אדום וכתום. ככל שיהיו יותר חלקיקים באוויר, כמו כשיש עשן, אבק, זיהום אוויר, מלח, ועוד, כך הצבעים יטו לכיוון האדום. על פני הירח לא קיימת אטמוספרה ולכן אין כל חומר שיכול לפזר את האור. לכן, כשמביטים בשמיים מהירח הם נראים שחורים.

 לעומת השמיים הכחולים, עננים יראו לבנים. חלקיקי המים בענן מספיק גדולים כדי להחזיר ולפזר את האור הפוגע בהם (כפי שאמרנו אור השמש מכיל את כל ספקטרום הצבעים= אור לבן) הפיזור של כל אורכי הגל הוא אחיד ולכן הצבע המתקבל כאשר האור פוגע ברשתית העין הוא לבן. ענני גשם הם מקרה ספציפי והם יראו אפורים כאשר אור השמש המגיע מלמעלה לא חודר דרכם באופן מלא.

ככל שיותר אור ישבר או יחסם בדרכו (reflection/absorption) כך הענן יראה יותר כהה, פשוט מכיוון שפחות אור יחדור ויגיע לרשתית העין. במידה ונביט על צידו העליון של ענן אפור כהה (ממטוס למשל) היינו רואים כי למעשה צבעו לבן כשלג.