ג'והן וויליאם סטרט שהפך ללורד ריילי בגיל 30 היה הראשון להסביר מדוע השמיים כחולים. זה היה ב-1871 . זה גם ההסבר לצבע השמיים, הירח והשמש בזמן השקיעה והזריחה.

האור שמגיע מהשמש, כמו גם זה שמוחזר מהירח, הוא לבן, כלומר מכיל קרינה באורכי גל שונים. העין האנושית קולטת כמובן רק חלק קטן מהספקטרום, זה שבין הסגול והאדום. כשהאור עובר באטמוספרה שלנו הוא נבלע בחלקו, מוחזר בחלקו, וחלקו עובר. לא במקרה, אורכי הגל שאנחנו רואים כמעט אינם נבלעים או מוחזרים באטמוספירה - האבולוציה דאגה לכך שהעין שלנו תהיה רגישה דווקא בתחום זה. יש כמובן בליעה והחזרה של אור נראה, אבל חלק ניכר ממנו עובר את האטמוספירה מבלי להיבלע. האור שעובר את האטמוספירה עובר תהליך אופטי שנקרא פיזור.

פיזור של אור הוא פשוט תהליך שבו הקרינה סוטה ממסלולה הישר בגלל אי הומוגניות בהרכב התווך שהיא עוברת דרכו. באטמוספירה שלנו יש מולקולות וחלקיקי אבק בגדלים שונים שמפזרים את האור הפוגע בהם. פיזור ריילי הוא מקרה פרטי שבו החלקיק המפזר (אבק במקרה הזה) הוא קטן יותר מאורך הגל המפוזר (עשירית הגודל או פחות). אם מניחים שהאבק הוא כדור בקרוב, אפשר לחשב את עצמת הפיזור כפונקציה של הזווית בין הקרן הנכנסת ליוצאת, ומגלים שחלק מהאור מתפזר לצדדים. עוד מתקבל שהפיזור תלוי באחד חלקי אורך הגל ברביעית. כלומר אור אדום יתפזר פי שלוש פחות מאור כחול בגלל שאורך הגל שלו הוא פי 1.3 מזה של האור הכחול.

כשהשמש במרום השמיים האור עובר דרך קצרה דרך האטמוספרה, האור הכחול מפוזר יותר, אבל עדיין עובר מעט פיזורים יחסית והשמש נראת לבנה פחות או יותר. השמיים, לעומת זאת נראים כחולים, משום שאנחנו רואים את האור המפוזר שהוא, כאמור, בעיקרו כחול. כשהשמש באופק, הקרניים עוברות דרך ארוכה יותר באטמוספרה, ולכן עוברות יותר פיזורים. כעת, רק חלק קטן מהאור הכחול מגיע אלינו כשאנחנו מסתכלים אל השמש, ובאופן יחסי אורכי הגל הארוכים יותר - צהוב כתום ואדום - מגיעים אלינו יותר והשמש נראית בצבעים האלה. זה נכון גם לירח ולכן הוא נראה צהוב כתום בשקיעתו ובזריחתו.

לגבי הגודל כבר קיבלת את ההסבר.