Al atravesar los rayos provenientes del Sol un prisma de vidrio, figura similar al tejado de una casa, éstos se dispersan o desvían debido al fenómeno de la refracción, descomponiéndose en los colores que componen el arco iris, que van desde el violeta hasta el rojo pasando por el azul, verde y amarillo.

Otro fenómeno que puede darse en la luz del Sol, al ser estar constituida por ondas electromagnéticas, se denomina difracción y consiste en la superposición de ondas coherentes entre sí, alternándose discos o coronas luminosas con otros en sombra. Estos dos simples fenómenos son los culpables de los diferentes fenómenos atmosféricos cromáticos.

El Azul del Cielo

La atmósfera terrestre está constituida por infinidad de pequeñas gotas de agua que provocan el mismo fenómeno de la refracción en la luz del Sol que el prisma de vidrio. Los rayos violeta y azul son los que sufren la mayor dispersión con respecto al rayo blanco proveniente del Sol, mientras que los rayos rojo y amarillo son los que casi no sufren esta dispersión. Por ello el color con el que vemos el Sol es amarillo, al no haberse desviado apenas de su dirección, mientras que el resto del cielo es azul, al ser luz difusa que ha llegado a nuestros ojos revotada en infinidad de gotas de agua. La utilización de los faros antiniebla amarillos es debida al hecho de que la difusión de este color es menor.

El por qué de que el color del cielo no sea violeta se debe a dos razones fundamentalmente: porque la luz solar contiene más luz azul que violeta y porque el ojo humano (que en definitiva es el que capta las imágenes -aunque el cerebro las interprete-), es más sensible a la luz azul que a la violeta. A su vez, el color del sol es amarillo-rojizo y no blanco, porque si a la luz blanca procedente del Sol -que es suma de todos los colores- se le quita el color azul, se obtiene una luz de color amarillo-rojiza.

El Rojo del Atardecer

Al atardecer, el camino que la luz solar recorre dentro de la atmósfera hasta llegar a nosostros es más largo, por lo que los rebotes sucesivos entre pequeñas gotas de agua y partículas de polvo suspendidas es mayor y hacen que la probabilidad de que la luz acabe casi totalmente difundida, incluso la parte amarilla aumente. Sólo los rayos rojos, que menos se desvían, siguen un camino casi rectilíneo.

De ahí el color rojo o incluso rosa del atardecer, que suele coincidir con días despejados de mayores presiones atmosféricas. Al amanecer este efecto no es tan pronunciado al haber una menor concentración de polvo en la atmósfera, ya que éste se ha depositado en el suelo durante la noche debido a una mayor humedad por la menor temperatura.

Nubes de Tormenta

El color rojizo del atardecer se debe a las partículas de polvo que están suspendidas en el aire ...

Si la luz se encuentra con una distribución de partículas grandes, parte de la luz se esparce y puede llegar a cambiar de color. El ejemplo más sencillo se da en las nubes, donde las gotas de agua incoloras, esparcen la luz en todas las direcciones pero sin alterar su color, de ahí que se vean blancas. Cuando esta difusión actúa de forma masiva y las partículas que provocan la difusión son incoloras, el resultado es la atenuación de la luz blanca hacia grises cada vez más oscuros. Esta es la causa de que en los días muy nublados, cuando las nubes son muy gruesas, el cielo aparezca más o menos gris, y a veces casi negro.

Arco Iris

El arco iris o arco de lluvia (rainbow) es una consecuencia de la dispersión de la luz del sol cuando se refracta y se refleja dentro de las gotas de agua con forma esférica, cambiando tres veces de dirección y que deben poseer una forma esférica, por ello la lluvia no debe estar alterada por el viento. El color rojo es el que menos se refracta y por ello se encuentra en la parte exterior del arco, mientras que el violeta es el que menos lo hace y por ello se encuentra en el extremo contrario.

Los rayos del Sol involucrados con la formación del arco iris tienen una particularidad, salen de las gotas de lluvia con un ángulo de aproximadamente 138 grados respecto de la dirección que llevaban antes de entrar en ellas. Este es el "ángulo del arco iris", descubierto por René Descartes en el año de 1637. Esto hace posible que el arco iris sea visible para nosotros, que nos solemos encontrar exactamente entre el Sol y la lluvia.

La luz solar emerge de muchas gotas de lluvia a un tiempo. El efecto combinado es un mosaico de pequeños destellos de luz dispersados por muchas gotas de lluvia, distribuido como un arco en el cielo. Por ello se puede decir que cada uno vemos nuestro propio arco iris, según la posición en la que nos encontremos.

Los diversos tamaños y formas de las gotas afectan la intensidad de los colores del arco iris. Gotas pequeñas hacen un arco iris pálido y de colores con tonalidades pastel; gotas grandes producen colores muy vivos. Además, las gotas grandes son aplastadas por la resistencia del aire mientras caen. Esta distorsión ocasiona que el "final" del arco iris tenga colores más intensos que la cresta.

Referencias:
http://enebro.pntic.mec.es/%7Efmag0006/cielo/Color_del_Cielo.htm
http://www.astrocantabria.org/rayo.html
http://www.wikipedia.org