석양 시간에는 태양이 지평선에 가까워지므로, 태양의 광선은 대기를 통과하는 경로가 더 길어집니다. 대기는 광선을 굴절시키는 특성이 있어, 태양의 광선은 지평선에 가까워질 때마다 대기를 통과하며 굴절됩니다. 이 굴절은 빛의 진행 방향을 변화시키므로, 우리 눈에는 태양이 실제보다 더 높이 있어 보이는 효과를 줍니다. 이를 굴절적 상승(Refractional Lifting)이라고 합니다.
또한, 석양 시간에는 태양의 광선이 대기를 통과하는 동안 산란되는 현상도 일어납니다. 대기 중의 먼지, 수증기, 미세 입자 등이 태양의 광선을 산란시켜 다양한 방향으로 퍼뜨리게 됩니다. 이 산란된 광선 중에서는 파장이 긴 빨간색이 다른 색보다 산란되기 쉬우므로, 석양 시간에는 빨간색이 주로 산란되어 주변을 붉게 물들이게 됩니다.
따라서, 태양이 석양에 접어들 때는 굴절적 상승과 산란에 의해 태양이 크게 보이고 주변은 붉게 물들게 됩니다. 이러한 현상은 석양의 아름다움을 더욱 강조해주는 요소 중 하나입니다.
