La lumière du Soleil est blanche ; c'est un mélange de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel. Quand les rayons solaires pénètrent dans l'atmosphère, ils rencontrent les molécules dont l'air est constitué (diazote, dioxygène...). Une rencontre mouvementée ! Chaque molécule est constituée d'atomes au sein desquels des électrons forment un nuage autour du noyau atomique. Sous l'effet de la lumière, ce nuage se met à osciller très rapidement par rapport à la position du noyau. Cette agitation est ensuite évacuée sous la forme de lumière, émise dans toutes les directions, avec la même longueur d'onde que la lumière initiale...

Résumons. La lumière semble avoir rebondi sur la molécule pour repartir dans toutes les directions. Ce processus de « diffusion » est plus important pour les petites longueurs d'onde (bleu et violet) que pour les grandes (jaune et rouge). Lorsque nous regardons le ciel diurne, nous voyons donc la lumière du soleil diffusée par les molécules contenues dans l'air. Y dominent des tons bleus et violets, que notre oeil, plus sensible au bleu qu'au violet, interprète pour aboutir à la couleur bleutée du ciel.

Sa teinte exacte dépend de la quantité de gouttelettes d'eau et de poussières en suspension dans l'air. Ces particules, plus grosses que les molécules de l'air précédemment évoquées, dispersent de façon identique toutes les couleurs quelle que soit la longueur d'onde. Elles rendent donc le bleu du ciel plus lumineux et plus clair (c'est la même diffusion sur des gouttelettes d'eau qui donne aux nuages leur couleur blanche !).

Et la couleur du Soleil ? A midi, lorsque nous le regardons, sa lumière a perdu de son bleu du fait de la diffusion par les molécules de l'atmosphère. Le disque solaire semble donc jaune. Le matin ou le soir, quand le soleil est plus bas sur l'horizon, l'effet s'accentue : les rayons solaires doivent traverser une plus grande épaisseur de l'atmosphère pour atteindre notre oeil. Les diffusions multiples sur les molécules constituant l'air grignotent encore un peu plus le spectre de la lumière dans sa partie bleue. Voici les teintes orange et rouges de l'aube et du crépuscule !