Книга, которую вы искали, — написанная под ваш уровень.

Солнечный свет кажется белым, но в нём спрятаны все цвета радуги. Пока свет идёт сквозь воздух, синий отскакивает туда-сюда гораздо чаще остальных цветов. Поэтому он попадает вам в глаза со всех концов неба, и небо кажется голубым.

Белый солнечный свет — это смесь цветов, и у каждого цвета своя длина волны: у синего короткая, у красного длинная. Молекулы воздуха гораздо сильнее отклоняют короткие волны. Это называется рассеянием: синий свет, рассеянный во все стороны, заполняет всё небо.

Это рэлеевское рассеяние. Молекулы азота и кислорода намного меньше длины волны света и рассеивают его тем сильнее, чем короче волна: синий (около 450 нм) гораздо сильнее, чем красный (около 700 нм). Фиолетовый рассеивался бы ещё сильнее, но Солнце излучает его меньше, а наши глаза к нему малочувствительны. На закате свет проходит через гораздо более толстый слой воздуха, по пути теряет синий, и остаются красные тона.

Для рассеивающих центров, намного меньших λ, сечение рэлеевского рассеяния пропорционально λ⁻⁴: между 450 и 700 нм синий рассеивается примерно в 5,9 раза сильнее красного. Спектр неба — это солнечный спектр, взвешенный с множителем λ⁻⁴ и с учётом оптической толщины вдоль луча зрения; на закате более длинный оптический путь обедняет его синей составляющей. Рассеянный свет к тому же поляризован, сильнее всего — под углом 90° к Солнцу; поэтому поляризационный фильтр затемняет небо.

В дипольном приближении сечение рассеяния на одну молекулу равно σ(λ) = (8π/3)·k⁴·|α|², где k = 2π/λ, с поправкой на дисперсию показателя преломления и с фактором Кинга (≈1,05 для воздуха), учитывающим анизотропию молекул. Спектр рассеянного света растёт в сторону коротких волн, но воспринимаемый оттенок определяется его интегрированием с функциями сложения цветов CIE: низкая чувствительность глаза ниже 450 нм смещает его от фиолетового к синему. Модели переноса излучения добавляют многократное рассеяние и экстинкцию Ми на аэрозолях, из-за которой небо у горизонта становится менее насыщенным.