Les couchers de soleil sont rouges car la lumière traverse une couche d'atmosphère dix fois plus épaisse qu'à midi.

Ce phénomène optique est régi par la diffusion de Rayleigh, une théorie formulée par le physicien britannique Lord Rayleigh en 1871. Lorsque la lumière solaire pénètre dans l'atmosphère, elle interagit avec les molécules d'azote et d'oxygène. Ces molécules dispersent plus efficacement les ondes courtes, correspondant au bleu et au violet, ce qui explique pourquoi le ciel est bleu durant la journée.Au coucher du soleil, l'angle de la lumière change radicalement. Les rayons doivent traverser jusqu'à 40 kilomètres d'atmosphère dense, contre seulement 10 kilomètres environ lorsque le soleil est au zénith. Ce trajet prolongé multiplie les collisions entre les photons et les molécules d'air, éliminant presque totalement les teintes froides avant qu'elles n'atteignent l'œil de l'observateur.La présence d'aérosols dans la troposphère, comme les cendres volcaniques ou la pollution, peut intensifier ces couleurs. Par exemple, après l'éruption du mont Pinatubo en 1991, des couchers de soleil d'un rouge vif ont été observés partout dans le monde pendant plusieurs mois. Ces particules plus grosses provoquent une diffusion de Mie, qui renforce la saturation des teintes chaudes et crée des crépuscules spectaculaires.