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光在傳播中如果遭遇微小的粒子，就會產生散射。散射粒子越小，散射的光譜越在短波的範圍裡，而空氣中充滿了氧和氮的分子，它們的大小甚至於比短波的波長還短，散射出來的光就都會在紫、藍、綠的範圍。

當一束平行的入射光線射到大氣層雲朵時，表面會把光線向著四面八方反射，所以入射線雖然互相平行，由於各點的法線方向不一致，造成反射光線向不同的方向無規則地反射。在白晝時，陽光經過比較薄的大氣層，散射的結果就呈現到處都是藍色的情景。而且因為大氣中到處都散射出藍色的光譜，所以我們無法依照肉眼的感覺判斷天有多高。但在黃昏或日出時分，因為陽光必須穿過比較厚的大氣層，其中藍光波段的光已經在前面被散射殆盡了，只剩下紅、橙、黃等比較偏紅的顏色，所以天色看起來是橘紅色的。

不過並不是所有地方看到的夕陽都像藝術照片那樣的飽滿色彩，只有當大氣中有比分子稍大的粒子（例如鹽粒、小小水滴、灰塵、菸灰、細火山灰，越大的粒子越能散射紅光；但如果大太多散射就中止，而變成反射了，更大的粒子則造成吸收）時，光譜才會比較在紅色的範圍。所以許多絢爛的夕陽景色都是在海邊拍攝的，因為那裡充滿了比較會散射紅光的鹽粒。