Az egyik első kérdés, amit egy kíváncsi gyerek gyakran feltesz a természettel kapcsolatban, hogy “miért kék az ég?”. Annak ellenére azonban, hogy ez a kérdés mennyire elterjedt, sok tévhit és helytelen válasz kerül szóba – mert tükrözi az óceánt; mert az oxigén kék színű gáz; mert a napfénynek kék árnyalata van -, miközben a helyes választ gyakran alaposan figyelmen kívül hagyják. Valójában az égbolt kék színének oka három egyszerű tényező együttesen: az, hogy a napfény sok különböző hullámhosszúságú fényből áll, hogy a Föld légköre olyan molekulákból áll, amelyek a különböző hullámhosszúságú fényt különböző mértékben szórják, valamint a szemünk érzékenysége. Ha ezt a három dolgot összerakjuk, a kék égbolt elkerülhetetlen. Íme, hogyan jön össze mindez.

A napfény a fény összes különböző színéből áll… és még több is! Napunk fotoszférája olyan forró, közel 6000 K hőmérsékletű, hogy a fény széles spektrumát bocsátja ki, a legmagasabb energiájú ultraibolyától a látható tartományba, az ibolyától egészen a vörösig, majd mélyen az infravörös tartományba. A legmagasabb energiájú fény egyben a legrövidebb hullámhosszú (és nagy frekvenciájú) fény is, míg az alacsonyabb energiájú fény hosszabb hullámhosszú (és alacsony frekvenciájú), mint a magas energiájú társai. Amikor azt látod, hogy egy prizma felosztja a napfényt az egyes összetevőire, a fény azért oszlik fel egyáltalán, mert a vörösebb fénynek hosszabb a hullámhossza, mint a kékebbnek.

A tény, hogy a különböző hullámhosszúságú fény másképp reagál az anyaggal való kölcsönhatásra, rendkívül fontosnak és hasznosnak bizonyul a mindennapi életünkben. A mikrohullámú sütő nagy lyukai a rövid hullámhosszú látható fényt ki-be engedik, de a hosszabb hullámhosszú mikrohullámú fényt bent tartják, visszaverik. A napszemüveged vékony bevonata visszaveri az ultraibolya, ibolya és kék fényt, de átengedi a hosszabb hullámhosszú zöld, sárga, narancssárga és vörös színeket. A légkörünket alkotó apró, láthatatlan részecskék – az olyan molekulák, mint a nitrogén, az oxigén, a víz, a szén-dioxid, valamint az argon atomok – pedig minden hullámhosszúságú fényt szórnak, de a rövidebb hullámhosszú fényt sokkal hatékonyabban szórják.

Mivel ezek a molekulák mind sokkal kisebbek, mint maga a fény hullámhossza, annál jobban szóródik, minél rövidebb a fény hullámhossza. Sőt, mennyiségileg a Rayleigh-szórásnak nevezett törvénynek engedelmeskedik, amely arra tanít bennünket, hogy az emberi látás rövid hullámhosszú határán lévő ibolyaszínű fény több mint kilencszer gyakrabban szóródik, mint a hosszú hullámhosszú határán lévő vörös fény. (A szórás intenzitása a hullámhossz negyedik hatványával fordítottan arányos: I ∝ λ-4). Míg a napfény a Föld légkörének nappali oldalán mindenhová beesik, a vörös hullámhosszú fény csak 11%-kal nagyobb valószínűséggel szóródik, és így jut el a szemünkig, mint az ibolyántúli fény.

Amikor a Nap magasan áll az égen, ezért kék az egész égbolt. Minél messzebbre nézünk a Naptól, annál világosabb kéknek tűnik, mert azokban az irányokban több légkör (és ezért több kék fény) látható. Bármelyik irányba nézel, láthatod a napfényből származó szórt fényt, amely a légkör egészére esik a szemed és a világűr kezdete közötti részen. Ennek van néhány érdekes következménye az égbolt színére nézve, attól függően, hogy hol van a Nap és hová nézünk.