朝霞和晚霞的形成都是由于空气对光线的散射作用。当太阳光射入大气层后，遇到大气分子和悬浮在大气中的微粒，就会发生散射。这些大气分子和微粒本身是不会发光的，但由于它们散射了太阳光，使每一个大气分子都形成了一个散射光源。
根据瑞利散射定律，太阳光谱中的频率较高的绿、蓝、紫等颜色的光最容易散射出来，而频率较低的红、橙、黄等颜色的光的衍射和透射能力很强。我们看到晴朗的天空总是呈蔚蓝色，而地平线上空的光线只剩频率较低的红、橙、黄光了。
这些光线经空气分子和水汽等杂质的散射后，那里的天空就带上了绚丽的色彩，出现美丽的红霞了。
霞是由于日出和日落前后，阳光通过厚厚的大气层，被大量的空气分子散射的结果。当空中的尘埃、水汽等杂质越多时，其色彩愈显著。如果有云层，云块也会染上橙红艳丽的颜色。
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