Warum breitet sich der Sonnenuntergang über dem Horizont aus?

Bei Sonnenuntergang durchläuft das Sonnenlicht, das wir sehen können, eine große Entfernung (viele hundert Kilometer) in die Atmosphäre. Während es sich ausbreitet, wird ein Teil davon aufgrund der Rayleigh-Streuung weggestreut . Die kleineren Wellenlängen werden stärker gestreut als die größeren. Das bedeutet, dass das, was übrig bleibt, röter ist als das, was von der Sonne ausgestrahlt wird. Dadurch wird die Sonnenscheibe rot.

Was Sie nun um die Sonnenscheibe herum sehen, ist das eingestreute Licht – das Licht, das durch die Atmosphäre bis zu einem Punkt der Streuung gegangen ist, zum Beobachter hin gestreut wurde und dann erneut durch die Atmosphäre gelaufen ist, um den Beobachter zu erreichen. Der Akt der Streuung machte das Licht blauer, aber die beiden Durchgänge durch die Atmosphäre streuten einen größeren Teil des Blaus weg, was zu einer allgemeinen Rötung des Himmels führte. Hier haben wir zwei konkurrierende Effekte: Ausstreuung proportional zu$\lambda^{-4}$und Aussterben proportional zu$\exp(-\ell/\ell_0)$Wo$\ell$zurückgelegte Strecke ist. Die Exponentialfunktion hat eine größere Wirkung als die Konstante$\lambda^{-4}$Wenn$\ell$ist groß.

Dies geschieht über den gesamten Horizont in den Azimuten zur Sonne$\pm90°$, sowie etwas über dem Horizont bei den entgegengesetzten Azimuten. In höheren Lagen über dem Horizont ist die durchströmte Atmosphäre nicht so dicht, sodass ein anderer Effekt dominiert, der zu einer blauen Farbe führt.

Es gibt eine wirklich nette Antwort von @Ruslan, ich möchte ein paar Dinge hinzufügen, die Sie vielleicht interessant finden:

1. Es gibt etwas, das als Nachglühen bezeichnet wird, und dies ist (teilweise abgesehen von der Rayleigh-Streuung) für den rötlichen (rosa) Horizont nach Sonnenuntergang verantwortlich.

Ein Nachglühen ist ein breiter Bogen aus weißlichem oder rosafarbenem Sonnenlicht am Himmel, der von feinen Partikeln wie Staub, die in der Atmosphäre schweben, gestreut wird.

https://en.wikipedia.org/wiki/Afterglow

2. Das Nachleuchten wird durch Mie- (und Rayleigh-) Streuung verursacht, die teilweise (abgesehen von der Rayleigh-Streuung) der andere dominante Effekt nach Sonnenuntergang ist. Die Mie-Streuung ist dominant, wenn die (Staub-) Partikel eine vergleichbare Größe wie die Wellenlänge des (in Ihrem Fall sichtbaren) Lichts haben. Mie-Streuung verursacht in diesem Fall (teilweise) die rötliche (rosa) Dominanz im Sonnenuntergangshorizont.

Die Rückstreuung dieses Lichts macht es weiter rosa bis rötlich.

Warum ist der westliche Himmel nach Sonnenuntergang gelb?

3. Staubpartikel sind (relativ zu den Luftmolekülen) schwer und befinden sich im unteren Teil der Atmosphäre (näher an der Oberfläche), daher erzeugt dieser Effekt eine (horizontal) längliche Form. Ich glaube, das fragen Sie.