Ответ нетривиален, и на самом деле большинство объяснений, о которых вы знаете, неточны.
Солнце излучает ослепительно чистый белый свет. Значит и цвет неба должен быть таким же, но оно все таки голубое. Что же происходит с белым светом в земной атмосфере?
Белый свет - это смесь цветных лучей - красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. И почему небо именно голубое?
В 19 веке было высказано несколько возможных объяснений, в то время казавшихся научными и близкими к истине. Некоторые ученые считали, что молекулы озона и воды поглощают лучи красного цвета и пропускают голубые. Но оказалось, что в атмосфере просто не хватит этих веществ, чтобы окрасить небо в голубой цвет.
В 1859 году англичанин Джон Тиндалл установил, что пыль и другие частицы рассеивают свет. Синий свет рассеивается в наибольшей степени, тем самым он некоторым образом выделяется из общего спектра. В своей лаборатории Тиндалл создал модель смога и осветил ее ярким белым лучом. Смог окрасился в глубокий синий цвет. Тиндалл решил, что если бы воздух был абсолютно чист, то ничто бы не рассеивало свет, и мы могли бы любоваться ярким белым небом.
Лорд Рэлей тоже поддерживал эту идею, но недолго. В 1899 году он опубликовал свое объяснение: именно воздух, а не пыль или дым, окрашивает небо в голубой цвет. Окончательно и количественно это было подтверждено Эйнштейном в 1911 году.
Самое интересное, если бы воздух в верхних слоях атмосферы был также плотен как и около земли, мы бы никогда не увидели красивой голубой картинки у нас над головами. Свет рассеивается только теми молекулами воздуха, расстояние между которыми порядка длины волны рассеиваемого света - а это возможно только когда воздух сильно разрежен.
Еще более интересен другой вопрос. Хорошо, если свет с короткой длиной волны рассеивается лучше, то почему мы не видим, что небо фиолетовое - ведь фиолетовый цвет еще "короче" чем голубой. Объяснений тут несколько. Во первых, фиолетовый вообще сильно поглощается атмосферой, во вторых, наше зрение к нему менее чувствительно. Но это лишь часть объяснения, и если бы не кое-что еще, то фиолетовый "привкус" в небе все же был бы.
Дело в особенностях строения глаза. Как известно, у нас в глазу три вида рецепторов - синий, красный, зеленый. Каждый из них наиболее сильно восприимчив к свету определенной волны - синемо, красному и зеленомуц. Стимуляция всех рецепторов в итоге дает общую цветовую картину, которую мы видим. Но дело в том, что каждый рецептор восприимчив немного и к "чужим" длинам волн - так например, красный - немного к оранжевой и желтой и совсем чуть чуть к синей и фиолетовой. Иными словами, мы воспринимаем каждым рецептором весь спектр доходящего до нас света - в основном конечно голубого, но и других тоже. И вот если бы фиолетового, который немного стимулирует красные рецепторы, не было, то небо казалось бы голубым с небольшой примесью зеленого оттенка.
