瑞利散射使蓝光主导天空亮度，因大气分子尺寸远小于可见光波长，散射强度与波长四次方成反比，蓝光散射约是红光的5倍；紫光虽散射更强但太阳辐射少、大气吸收多且人眼不敏感，故天空呈蓝色。
一、瑞利散射导致蓝光主导天空亮度
太阳发出的白光由多种波长的可见光组成，进入地球大气后与氮、氧等气体分子发生相互作用。由于这些分子尺寸远小于可见光波长（通常小于1/10），满足瑞利散射发生的前提条件。根据瑞利散射定律，散射强度与波长的四次方成反比，即波长越短，散射越强烈。蓝光波长约450 nm，红光约650 nm，因此蓝光散射强度约为红光的(650/450)⁴ ≈ 5倍。
1、阳光垂直入射大气层时，蓝光在各方向被大量散射；
2、人眼接收到从天空各个角度散射而来的蓝光信号；
3、紫光波长更短、理论散射更强，但太阳光中紫光成分本就较少，且大气层上部已部分吸收，加之人眼视锥细胞对紫光敏感度低；
4、综合上述因素，人眼最终感知天空整体呈现均匀的蓝色。
二、大气分子尺度与光波长关系决定散射类型
瑞利散射仅在散射体尺寸显著小于入射光波长时成立。地球大气中主要成分——氮气（N₂）和氧气（O₂）分子直径约为0.3–0.4 nm，而可见光波长范围为380–700 nm，分子尺寸不足波长的千分之一，完全符合尺寸远小于λ/10这一关键判据。若微粒尺寸接近或大于波长（如云滴、尘埃），则主导机制转为米氏散射，此时散射强度不再强烈依赖波长，天空将呈现灰白而非蓝色。
1、测量典型双原子气体分子有效直径，确认其数量级为10⁻¹⁰ m；
2、对比可见光波长数量级（10⁻⁷ m），得出比值约为10⁻³；
3、验证该比值远低于瑞利散射适用阈值（0.1）；
4、排除较大气溶胶粒子对晴空主色调的贡献。
三、人眼生理响应强化蓝色感知
即使散射光谱中包含一定比例的紫光和靛光，人眼视觉系统对不同波长的响应并不均等。视网膜上的S-视锥细胞（短波敏感型）峰值响应在420–440 nm，但密度低于M/L型视锥细胞；同时晶状体对实际到达视网膜并触发神经响应的蓝光通量更高。
1、查阅CIE标准观察者光谱光视效率函数V(λ)，确认450–495 nm区间相对视亮度最高；
2、比对大气透射率曲线，识别380–420 nm波段存在明显衰减；
3、结合视锥细胞分布密度数据，计算加权后的有效刺激强度；
4、确认蓝光波段在散射光与视觉响应双重权重下占据绝对优势。
四、日出日落时红橙色主导的物理机制
当太阳处于地平线附近，阳光需穿越更厚的大气层才能到达观察者。在此过程中，短波成分（蓝、靛、紫）被持续多次散射并偏离原传播路径，几乎无法沿直线抵达地面观察点。剩余未被显著散射的长波成分——主要是600–700 nm的红光与橙光——得以穿透并直接进入人眼，形成朝霞或晚霞。该现象并非新光源产生，而是瑞利散射对原始白光进行波长选择性衰减的结果。
1、估算正午与日出时太阳光穿过大气的路径长度比，约为1:40；
2、依据I ∝ 1/λ⁴计算蓝光在延长路径下的累计衰减率；
3、确认红光衰减率不足蓝光的5%，因而相对占比急剧上升；
4、观察低仰角下直射光色温下降至约2000 K，对应明显红橙色调。
