太陽(yáng)發(fā)出的白色光包含了彩虹色的所有顏色。牛頓利用多棱鏡分離得到了不同的顏色并制成色譜證明了這一點(diǎn)。不同顏色光線具有不同的光波的波長(zhǎng)?？梢?jiàn)光色譜范圍跨越最長(zhǎng)720nm的紅光到最短的380nm的紫光，其中包含橘黃，黃，綠，藍(lán)和靛藍(lán)的光波波長(zhǎng)。人眼視網(wǎng)膜上的色彩接收器對(duì)于紅綠藍(lán)三種顏色有較強(qiáng)的接收能力，三種顏色的組合形成了人眼的色覺(jué)。
1.丁達(dá)爾效應(yīng)
丁達(dá)爾在1859年提出的丁達(dá)爾效應(yīng)奠定了我們能夠正確解釋天空顏色的最初幾步。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光線通過(guò)具有小微粒的透明懸浮液的時(shí)，光波較短的藍(lán)色光線比紅色光線具有更強(qiáng)的散射現(xiàn)象。當(dāng)一束白色光線入射到盛有肥皂水或者牛奶與水的水箱當(dāng)中。從水箱的側(cè)面看去，可以觀察到光柱在途中產(chǎn)生了藍(lán)光散射的現(xiàn)象，在光柱出射端，光線在經(jīng)過(guò)水箱之后變成了紅色。光線的偏振極化現(xiàn)象也可以通過(guò)偏振濾光片來(lái)觀察，其道理可類比于我們戴上偏光太陽(yáng)眼鏡后可以看到顏色加深的深藍(lán)色的天空。我們把如上現(xiàn)象稱為丁達(dá)爾效應(yīng)，對(duì)于物理學(xué)家來(lái)說(shuō)他們也把這種現(xiàn)象稱作瑞利散射，以為散射現(xiàn)象做出詳細(xì)解釋的瑞利男爵的名字命名。瑞利男爵發(fā)現(xiàn)，在存在充分散射粒子的前提下，散射光線的量與光波長(zhǎng)的四次方成反比。由此推知，藍(lán)光的散射量是紅光的(700/400)4 ~= 10倍。
2.塵埃還是分子？
丁達(dá)爾與瑞利原本認(rèn)為天空呈現(xiàn)的藍(lán)色與大氣層當(dāng)中的灰塵或者水蒸氣的小顆粒對(duì)光線的散射有關(guān)系。甚至今日，也有人會(huì)錯(cuò)誤地用這兩種原理來(lái)解釋天呈現(xiàn)的藍(lán)顏色?？茖W(xué)家們后來(lái)了解到，如果這種理論是正確的，那么我們可以推理得到的當(dāng)天空當(dāng)中的濕度上升或者有云霧的天氣條件下，天空的顏色應(yīng)該由于散射而呈現(xiàn)出五彩繽紛的顏色的錯(cuò)誤結(jié)論，因此科學(xué)家們認(rèn)定散射的粒子主要是空氣中的氧氣分子和氮?dú)夥肿?，而非空氣中的塵埃。在1911年愛(ài)因斯坦首次論證了空氣分子散射光線的理論，他通過(guò)方程式計(jì)算了分子對(duì)于光線的散射，其理論計(jì)算數(shù)值與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合，甚至能夠通過(guò)提出的方程式比照觀察得到的結(jié)論來(lái)驗(yàn)證阿伏伽德羅常數(shù)。這些分子能夠散射光的原因在于光線的電磁場(chǎng)誘發(fā)了分子當(dāng)中的電磁距的變化與排列。
3.為什么不是紫外線光？
如果短波的光波能夠具有更強(qiáng)烈的散射，那么天空為什么沒(méi)有呈現(xiàn)出最短波長(zhǎng)的可見(jiàn)光——紫光的顏色？太陽(yáng)輻射的光線在每個(gè)波長(zhǎng)之上分布并不是均勻的，并且高空大氣層可以吸收一部分散射光線，因此在光線中紫色的散射光線部分就更少了。我們的眼睛對(duì)于紫光是不敏感的。盡管這可能是答案的一部分，然而彩虹中折射的光線讓我們看到在可見(jiàn)光部分中靛藍(lán)和紫光的比例是超過(guò)藍(lán)光的。答案的另外一部分就在于我們視覺(jué)的工作原理。在我們的視網(wǎng)膜或者視網(wǎng)膜錐中，有三種顏色的接收器。這些接收器由于分別對(duì)三種波長(zhǎng)的光波接收能力明顯而被命名為紅，藍(lán)和綠感光光錐。隨著這三種光錐接收三種顏色光比例的變化，我們的視覺(jué)系統(tǒng)構(gòu)建了我們可以見(jiàn)到的光的顏色。