Parce qu'il fait un angle qu'il fait avec la terre, le soleil doit, au lever et au coucher, voyager plus longtemps dans l'atmosphère avant d'atteindre la terre. Autrement dit, il parcourt une plus grande distance dans l'atmosphère. Un long voyage signifie que les longueurs d'onde les plus courtes (du côté bleu) du spectre sont de plus en plus diffusées, laissant ainsi les longueurs d'onde du rouge, orange ou jaune nous atteindre ou se réfléchir sur les nuages. Une atmosphère presque pure nous donne un coucher de soleil orangé. Les différentes couleurs dépendent des différentes particules présentes dans l'atmosphère et des nuages qui font rebondir la lumière solaire selon différents angles. Les couleurs orange et rouge des couchers de soleil sont intensifiées par la pollution, ainsi que par les cendres et la fumée rejetées par les incendies ou les éruptions volcaniques.

Sous les tropiques, les couchers de soleil sont très courts parce que le soleil suit un chemin presque perpendiculaire à l'horizon. En été, plus on s'éloigne de l'équateur, plus les couchers de soleil durent longtemps, et ce, parce que le soleil se couche à un certain angle sous l'horizon. Les nuits blanches de la Scandinavie, "white nights", arrivent lorsque les couchers et les levers de soleil durent tellement longtemps qu'ils se chevauchent.

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