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阳光看起来是白色的，其实里面藏着彩虹的所有颜色。阳光穿过空气的时候，蓝色会比别的颜色更多地被弹来弹去。所以，天空的每个地方都有蓝光跑进你的眼睛，天空看起来就是蓝色的。

白色的阳光是由多种颜色混合而成的，每种颜色都有自己的波长：蓝光的波长短，红光的波长长。空气中的分子更容易让短波长的光偏离原来的方向。这种现象叫作散射：蓝光被散射到四面八方，布满了整个天空。

这是瑞利散射。氮分子和氧分子比光的波长小得多，而且波长越短，散射越强：蓝光（约 450 nm）比红光（约 700 nm）散射得多得多。紫光的散射还要更强，但太阳发出的紫光较少，人眼对紫光也不太敏感。日落时，阳光要穿过厚得多的大气，蓝光在途中被散射掉，剩下的就是红色。

对于远小于 λ 的散射体，瑞利散射截面与 λ⁻⁴ 成正比：在 450 nm 和 700 nm 之间，蓝光被散射的程度约为红光的 5.9 倍。天空的光谱是太阳光谱经 λ⁻⁴ 和视线方向上的光学厚度加权后的结果；日落时光程更长，蓝光被大量削减。散射光还是偏振光，在与太阳成 90° 的方向上偏振最强——这正是偏振镜能让天空变暗的原因。

在偶极近似下，单个分子的散射截面为 σ(λ) = (8π/3)·k⁴·|α|²，其中 k = 2π/λ；还需对折射率的色散以及 King 因子（空气取 ≈1.05）进行修正，后者反映分子的各向异性。散射光谱随波长变短而增强，但人眼感知的色调来自该光谱与 CIE 配色函数的积分：人眼对 450 nm 以下的光敏感度低，使色调从紫色移向蓝色。辐射传输模型还会引入多次散射和气溶胶造成的米氏（Mie）消光，使天空越靠近地平线饱和度越低。