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하늘이 파랗게 보이는 이유는 레일리 산란(Rayleigh scattering)이라는 과정 때문입니다. 이는 지구 대기 중 입자에 의한 빛의 산란으로, 햇빛이 지상에 도달하는 방식에 영향을 미칩니다.
햇빛은 각각 다른 파장을 가진 다양한 색의 빛으로 구성됩니다. 햇빛이 지구 대기에 들어가면 질소 및 산소 분자와 같은 입자와 작은 물방울 및 먼지와 같은 입자를 만나게 됩니다. 이러한 입자는 가시광선 파장보다 훨씬 작기 때문에 빛을 여러 방향으로 산란시킵니다.
파란색은 가시광선의 다른 색상보다 파장이 짧고 주파수가 높기 때문에 다른 색상보다 더 쉽게 산란됩니다. 즉, 햇빛이 지구 대기에 도달하면 파란색 빛이 사방으로 산란되어 모든 방향에서 우리 눈에 도달할 가능성이 높아집니다. 이것이 우리가 하늘을 올려다볼 때 하늘이 파란색으로 보이는 이유입니다.
반면 빨간색과 노란색처럼 파장이 길고 주파수가 낮은 색은 산란이 덜 일어나기 때문에 대기를 곧바로 통과하여 지상에 도달할 가능성이 높습니다. 따라서 태양이 하늘에서 낮고 빛이 지구 대기를 더 많이 통과해야 하는 일출과 일몰에 하늘이 더 어둡고 붉게 보이는 이유입니다.
요약하면, 가시광선 중 파장이 가장 짧고 주파수가 가장 높은 파란색을 모든 방향으로 산란시켜 모든 각도에서 눈에 도달할 가능성을 높이는 라일리 산란으로 인해 하늘이 파랗게 보이는 것입니다.