杉本憲彦:質問のご指名ありがとうございます。本当に不思議ですよね!
まず、光は電磁波という波で、波長(波の長さ)で色が変わります。太陽からくる光は白いですが、これは様々な波長の光が混ざっているためです。波長が長いと赤色、短いと(紫)青色になります。RGB(赤緑青)を重ねると白色になります。
波長の長い赤色は直進しやすく、波長の短い青色は散乱しやすいため、地球の大気によって白色の光のうち、朝、昼、夕、夜で選択される色が変化することになります。
昼間の空の色が青色になるのは、太陽から来た白色の光のうち、最も散乱されやすい青色で空が満たされるためです。太陽の光は真上(付近)から入ってくるため、大気の層は薄く、散乱はあまり起きません。このため、太陽は白色のままで、散乱された光で空は青くなります。
朝や夕の空の色が赤色になるのは、太陽から来た白色の光のうち、最も直進しやすい赤色の光が残るためです。太陽の光は斜めから入ってくるため、大気の層は厚く、散乱がたくさん起きます。このため、太陽は赤色になり、散乱されずに残った光で太陽周辺の空は赤くなります。
夜は光がないので、黒色になります。
両極端の赤や青の色が出やすいのですが、朝日や夕日のタイミングで、稀に緑色の太陽が観られることがあり、グリーンフラッシュと呼ばれています。