Miksi taivas on sininen?

Auringosta Maata kohti tuleva valo sisältää kaikkia spektrin värejä. Jos säteet eivät matkallaan kohtaisi mitään esteitä, jotka voisivat vaikuttaa niiden ominaisuuksiin, taivas näyttäisi maapallolta tarkasteltuna mustalta. Maata ympäröi kuitenkin ilma­kehä, jossa valonsäteet altistuvat sironnaksi kutsutulle fysikaaliselle ilmiölle. Eri aineisiin osuessaan ne muuttavatkin aina jossain määrin kulku­suuntaansa. Kaikkein lyhyimmät aallon­pituudet eli ne osat näkyvästä valosta, jotka havaitaan sinisen eri sävyinä, siroavat voimakkaimmin. Koska tällä tavoin sironnutta valoa on joka puolella, taivas näyttää valoisana vuorokauden­aikana siniseltä – siis ihmissilmin tarkasteltuna.

Siihen, mitä valonsäteille tapahtuu ilmakehässä yhteentörmäysten aikana, vaikuttaa olennaisesti valon aallonpituuden lisäksi esteiden koko. Huomattavasti valon aallonpituutta pienempi hiukkanen käyttäytyy kaasumolekyylin tavoin. Tällä niin sanotulla Rayleigh-alueella valoa siroaa symmetrisesti eteen- ja taaksepäin.

Sironnan takana ovat ennen kaikkea sellaiset ilmakehän pikku molekyylit kuin happi (O2) ja typpi (N2). Niitä suuremmat kokonaisuudet, kuten vesipisarat ja pölyhiukkaset, taittavat, heijastavat tai imevät valoa lähes riippumatta sen aallon­pituudesta. Taivaan sävy heijasteleekin ilmakehän kosteutta. Erittäin kuiva polaari-ilma saa taivaan näyttämään hyvin tummansiniseltä, kun taas täkäläisilläkin leveysasteilla taivaan sineen vaikuttaa yleensä sekoittuneen vaaleahkoja sävyjä. Ne ilmamassat, joihin on sitoutunut pitkän ajan kuluessa paljon kosteutta lämpimästä merestä, tekevät taivaasta jopa melkein valkoisen.