Атомы, составляющие атмосферный воздух, изначально нейтральны, но состоят из положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов. Под действием электромагнитной волны, которую представляет собою солнечный свет, электроны сдвигаются в одном направлении, а электрическое поле ядра – в другом, в противоположном. Такой атом называется диполем, у него уже есть свое электромагнитное поле. Он излучает электромагнитную волну.
Направления, в которых диполи излучают, могут быть весьма разнообразными. Тут в действие вступает закон сохранения энергии: интенсивность световой волны в первоначальном направлении теряется. Образно говоря, атомы, превращающиеся в диполи, «гясят» ее, «забирая» у нее энергию, сами же начинают излучать ее в разных направлениях – по сути дела, они сами начинают светиться, будучи «возбуждены» солнечным светом. Вот так происходит рассеивание света в атмосфере.
Излучение диполей подчиняется определенным закономерностям. Его интенсивность определяется частотой излучения, а именно – интенсивность оказывается прямо пропорциональной частоте излучения, возведённой в четвертую степень. Следовательно, чем выше частота, тем больше будет интенсивность. Интенсивность красных лучей оказывается при этом слабее в десять раз, что и позволяет синему цвету «одержать победу».
Наибольшая частота излучения соответствует синему свету, соответственно, именно его диполи особенно интенсивно излучают – настолько сильно, чтобы это излучение могло возбуждать клетки сетчатки человеческого глаза.
Напрашивается вопрос: почему же небо не фиолетовое? Ведь частота фиолетового излучения еще выше, чем у синего и голубого. Это связано с неравномерностью солнечного спектра и особенностью человеческой сетчатки. Фиолетовых лучей в солнечном спектре на порядок меньше, ем синих, поэтому они рассеиваются в верхних слоях атмосферы, не достигая поверхности Земли, а значит – и сетчатки глаз живых существ, которые на ней обитают, и человека в частности. Ситуация усугубляется тем, что на человеческой сетчатке больше клеток, способных реагировать на синее излучение, чем клеток, «заточенных» под фиолетовые лучи.
Рассеивание световых лучей определяется и углом, под которым они падают на земную поверхность, и наличием в воздухе примесей. Например, на закате, когда лучи падают по касательной, синие лучи теряются, поэтому закатное небо может быть красным. А над морем, где в воздухе много частиц соли, закат может быть оранжевым.