เมื่อเรามองขึ้นไปบนท้องฟ้าจะเห็นท้องฟ้าเป็นสีฟ้าและมีเมฆสีขาวลอยอยู่บ้าง แต่เคยสงสัยกันหรือไม่ว่า ทำไมตอนเช้าและตอนเย็นท้องฟ้าจึงมีสีส้มหรือสีแดง แทนที่จะเป็นสีฟ้าเหมือนกับที่เราเห็นกันในตอนกลางวัน

การที่เรามองเห็นท้องฟ้าเป็นสีส้มเนื่องจากการกระเจิงของแสง (Scattering of light) ซึ่งเป็นคุณสมบัติหนึ่งของคลื่นที่สามารถหักเหได้หากเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่แตกต่างกัน แสงของดวงอาทิตย์ที่เรามองเห็นโดยทั่วไปจะเป็นสีขาว ซึ่งประกอบไปด้วยแสงสีต่าง ๆ ซึ่งมีความยาวคลื่นไม่เท่ากัน (คล้ายกับการเกิดรุ้งกินน้ำ แสงแต่ละสีจะมีความยาวคลื่นต่างกัน) เมื่อแสงจากดวงอาทิตย์ตกกระทบโมเลกุลของอากาศจะเกิดการกระเจิงของแสง ถ้าความยาวคลื่นของแสงที่มาตกกระทบมีความยาวน้อยกว่าขนาดโมเลกุลของอากาศ  (λ < d) แสงจะเกิดการกระเจิงหรือสะท้อนกลับ แต่ถ้าความยาวคลื่นของแสงที่มาตกกระทบมีความยาวมากกว่าขนาดโมเลกุลของอากาศ (λ>d) แสงจะสามารถเคลื่อนที่ผ่านโมเลกุลของอากาศได้

โดยปัจจัยที่ส่งผลต่อการกระเจิงของแสง ได้แก่ ความยาวของคลื่น ขนาดของสิ่งกีดขวาง (มีทั้งโมเลกุลของแก๊สที่มีขนาดเล็ก โมเลกุลของไอน้ำ และฝุ่นละอองที่มีขนาดใหญ่) มุมที่แสงตกกระทบกับชั้นบรรยากาศ และปริมาณสารแขวนลอยในอากาศ

ทำไมท้องฟ้าจึงเป็นสีฟ้าในตอนกลางวัน

ในตอนกลางวัน เมื่อแสงจากดวงอาทิตย์ทำมุมชันกับพื้นโลก ทำให้ต้องผ่านสิ่งกีดขวางที่อยู่ในชั้นบรรยากาศน้อย นอกจากนี้แสงยังเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศเป็นระยะทางที่สั้นกว่าตอนเช้าและตอนเย็นเนื่องจากมุมตกกระทบของรังสีจากดวงอาทิตย์ที่ทำกับผิวโลก โดยแสงสีม่วง คราม และน้ำเงิน มีความยาวคลื่นน้อยกว่าขนาดโมเลกุลของอากาศ ทำให้แสงเกิดการกระเจิงไปในท้องฟ้าทุกทิศทาง เราจึงมองเห็นท้องฟ้าในช่วงเวลากลางวันเป็นสีฟ้า ส่วนการที่เรามองเห็นดวงอาทิตย์มีสีขาวในตอนกลางวันเป็นเพราะบริเวณนั้นมีความเข้มของแสงทุกสีรวมกันสูงมาก

ทำไมท้องฟ้าจึงเป็นสีส้มในตอนเช้าและเย็น

ในตอนเช้าและเย็น เมื่อแสงจากดวงอาทิตย์ทำมุมลาดกับพื้นโลก ทำให้ต้องผ่านสิ่งกีดขวางที่อยู่ในชั้นบรรยากาศมาก นอกจากนี้แสงยังเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศเป็นระยะทางที่ยาวกว่าตอนกลางวัน โดยแสงสีม่วง คราม และน้ำเงิน มีความยาวคลื่นน้อยกว่าขนาดโมเลกุลของอากาศ ทำให้แสงเกิดการกระเจิงไปในท้องฟ้าทุกทิศทาง แต่กระเจิงในชั้นบรรยากาศที่อยู่สูงกว่าตอนกลางวัน ส่วนแสงสีเหลือง ส้ม และแดง มีความยาวคลื่นมากกว่าขนาดโมเลกุลของอากาศ แสงจึงสามารถเคลื่อนที่ผ่านโมเลกุลของอากาศมาได้ เราจึงมองเห็นท้องฟ้าเป็นสีส้มโดยเฉพาะท้องฟ้าด้านทิศตะวันตกในตอนเย็น
 

ถ้าเราลองนำสีของท้องฟ้าในตอนเช้าและตอนเย็นมาเปรียบเทียบกัน เราจะมองเห็นได้ว่าท้องฟ้าในตอนเย็นเป็นสีส้มจนถึงสีแดงมากกว่าตอนเช้า เนื่องจากอุณหภูมิอากาศในช่วงบ่ายสูงมาก ทำให้ฝุ่นละอองในบรรยากาศเกิดการยกตัวมากกว่าตอนเช้า ดังนั้น ตอนเย็นแสงจึงมีการกระเจิงมากกว่าตอนเช้า และก่อนเวลาช่วงเช้าอุณหภูมิอากาศต่ำที่สุดในรอบวัน ฝุ่นละอองยกตัวได้ไม่สูงและถูกชะล้างไปด้วยน้ำค้างบางส่วน ดังนั้น แสงสีแดงในตอนเช้าจึงมีการกระเจิงน้อยกว่าตอนเย็น

บทความที่เกี่ยวข้อง
- ทำไมทะเลมีสีฟ้า

- การกระเจิงของแสง (Scattering)