Чому небо синє?
Небо виглядає синім, тому що повітря розсіює світло з короткою довжиною хвилі сильніше за довгохвильове випромінювання. Оскільки синій колір перебуває на короткохвильовому кінці видимого спектра, він більше розсіюється в атмосфері, ніж червоний. Завдяки цьому, якщо подивитися на ділянку неба поза Сонцем, ми побачимо блакитне світло — результат розсіювання сонячного випромінювання. Під час заходу Сонця і світанку, світло проходить по дотичній до земної поверхні, так що шлях, що пройдений світлом в атмосфері, стає набагато більше, ніж удень. Через це більша частина синього й навіть зеленого світла залишає пряме сонячне світло в результаті розсіювання, завдяки чому, пряме світло Сонця, а також освітлювані їм хмари й небо поблизу обрію, офарблюються в червоні кольори.
Розсіяння і поглинання — головні причини затухання світла в атмосфері. Розсіювання змінюється як функція від відношення діаметра частинки, що розсіює, до довжини хвилі світла. Коли це відношення менше 1/10, виникає Релеєвське розсіяння, при якому коефіцієнт розсіювання обернено пропорційний четвертому ступеню довжини хвилі. При більших значеннях відношення діаметра частинки до довжини хвилі розсіювання змінюється відповідно до теорії Мі; коли ж це відношення більше 10, починають працювати закони геометричної оптики.
Релеєвське розсіювання
Релеєвське розсіювання — розсіювання світла без зміни довжини хвилі (також має назву пружного розсіювання) на частках, неоднорідностях або інших об'єктах, коли частота світла, що розсіюється, істотно менше власної частоти об'єкта, що розсіює, або системи. Еквівалентне формулювання - розсіювання світла на об'єктах, розміри яких менше його довжини хвилі.
Для розсіювання на осциляторі маси m, із зарядом q і власною частотою ν0 перетин розсіювання σR пропорційно четвертого ступеня частоти світла, що розсіюється ν:
Залежність вивів британський фізик Джон Релей у 1871 р.
Перетин σR залежить від кута розсіювання θ між напрямками падаючої і розсіяної хвиль:
Розсіяна хвиля лінійно поляризована уздовж напрямку, перпендикулярному площині, що проходить через напрямки поширення падаючої і розсіяної хвиль. При розсіюванні на сферичних частинках (неоднорідностях) ступінь поляризації p для неполяризованого падаючого світла дорівнює:
При наближенні частоти падаючого світла до власної частоти частки, що розсіює, релеєвське розсіювання переходить у томсонівське (сферичне).
Релеївським розсіюванням сонячного світла на неоднорідностях атмосфери (флуктуаційні неоднорідності щільності повітря) пояснюється блакитний колір неба й кольори заходу Сонця (селективне розсіювання).
Розсіювання Мі
При розсіюванні на молекулах та дуже маленьких частинках (< 1/10 довжини хвилі) має місце переважно розсіювання Релея. Для частинок з розмірами, більшими за довжину хвилі, має місце переважно розсіювання Мі. Це розсіювання має вигляд пелюстка антени, з витягнутим та більш інтенсивним переднім пелюстком для великих частинок
Розсіювання Мі слабко залежить від довжини хвилі і проявляється у білому сяйві навколо Сонця, внаслідок присутності розмаїття частинок у повітрі. Воно також обумовлює біле світло у тумані або димі.