一句话总结： 火星的天空白天是橙色或偏红的，太阳落山时，它周围的天空会变成蓝灰色。地球正好相反：天空是蓝的，日落是红的。太阳是同一个；不同的是它的光碰到了什么。地球的空气分子比光波小得多，对蓝光的散射最强，把蓝光散满整个天空，所以到了日落，光要穿过多得多的空气，红色和黄色就透了过来。火星的空气里带着比光波还大的细小尘埃颗粒，它们散射的蓝光留在靠近太阳的方向。
火星上，正好相反
NASA Space Place："During the daytime, the Martian sky takes on an orange or reddish color. But as the Sun sets, the sky around the Sun begins to take on a blue-gray tone."（白天，火星的天空呈橙色或偏红色。但随着太阳落下，太阳周围的天空开始呈现蓝灰色调。）
最有名的照片是 NASA 的好奇号（Curiosity）火星车于 2015 年 4 月 15 日在盖尔撞击坑拍下的（JPL 图像 PIA19400，"Sunset in Mars' Gale Crater"）。
地球上则反过来：白天是蓝的，日落是红的。同一个太阳，同样的阳光。
地球：极小的分子把蓝光抛向四面八方
美国国家海洋和大气管理局（NOAA）下属的国家气象局弗拉格斯塔夫办公室："While all colors are scattered by air molecules, violet and blue are scattered most."（虽然所有颜色都会被空气分子散射，但紫光和蓝光被散射得最多。）NASA Space Place 给出了原因："Blue light is scattered more than the other colors because it travels as shorter, smaller waves."（蓝光比其他颜色散射得更多，因为它以更短、更小的波传播。）
所以蓝光被抛满整个天空，天空看上去就是蓝的。
多多少：约 5 倍
瑞利勋爵（Lord Rayleigh）在 1871 年算出了这一点（当时他还叫 J. W. Strutt 阁下，论文为"On the light from the sky, its polarization and colour"，发表于《哲学杂志》）。正如加州大学河滨分校的 Physics FAQ 所说："He showed that the amount of light scattered is inversely proportional to the fourth power of wavelength for sufficiently small particles."（他证明，对于足够小的粒子，散射光的量与波长的四次方成反比。）
蓝光约为 470 nm（HyperPhysics），红光是波长最长的光，约为 700 nm（NASA Science）。我们自己算的：(700 ÷ 470)⁴ ≈ 4.9，所以蓝光被散射的量约为红光的 5 倍。
那为什么天空不是紫色的？NOAA："The sky looks blue, not violet, because our eyes are more sensitive to blue light (and the sun also emits more energy as blue light than as violet)."（天空看起来是蓝色而不是紫色，因为我们的眼睛对蓝光更敏感（而且太阳以蓝光形式发出的能量也比紫光多）。）
地球的日落：约 38 倍的空气
日落时，光走的路径长得多。NASA Space Place："As the Sun gets lower in the sky, its light is passing through more of the atmosphere to reach you. Even more of the blue light is scattered, allowing the reds and yellows to pass straight through to your eyes."（太阳在天空中越低，它的光要穿过越多的大气才能到达你。更多的蓝光被散射掉，红色和黄色就能直接穿过来，进入你的眼睛。）
长多少？Kasten 和 Young 1989 年的公式（《应用光学》），按维基百科"Air mass (astronomy)"条目的引述，给出了"an air mass of approximately 38 at the horizon"（地平线处的大气质量约为 38）：也就是说，光要穿过的空气约为太阳在头顶时的 38 倍。
火星：比光波还大的尘埃
火星的空气里满是尘埃。根据火星探路者号（Mars Pathfinder）拍摄的图像，Tomasko 等人（《地球物理研究杂志：行星》，1999 年）发现："The geometric cross‐section‐weighted mean particle radius is 1.6 ± 0.15 μm"（按几何截面加权的平均粒子半径为 1.6 ± 0.15 μm）。也就是说，一颗尘埃的直径约 3 µm，而蓝光是 0.47 µm（我们自己算的）：比光波还大。
红光散开，蓝光留在太阳附近
德州农工大学的 Mark Lemmon 是好奇号团队的成员，2015 年他向 NASA/JPL 解释了这些颜色："The colors come from the fact that the very fine dust is the right size so that blue light penetrates the atmosphere slightly more efficiently,"（这些颜色来自这样一个事实：非常细的尘埃大小正合适，让蓝光穿透大气的效率略高一些，）
还有："When the blue light scatters off the dust, it stays closer to the direction of the sun than light of other colors does. The rest of the sky is yellow to orange, as yellow and red light scatter all over the sky instead of being absorbed or staying close to the sun."（蓝光被尘埃散射时，会比其他颜色的光更靠近太阳的方向。天空的其余部分呈黄色到橙色，因为黄光和红光会散射到整个天空，而不是被吸收或留在太阳附近。）
所以落日周围的光晕是蓝色的
JPL 对 PIA19400 的说明："Dust in the Martian atmosphere has fine particles that permit blue light to penetrate the atmosphere more efficiently than longer-wavelength colors."（火星大气中的尘埃含有细小颗粒，让蓝光比波长更长的颜色更有效地穿透大气。）
并不是整个火星天空：按 NASA 的描述，变成蓝灰色的是落日周围的天空。
结论
四种天空：地球白天蓝、日落红；火星白天橙红、落日周围发蓝。颜色不是由太阳决定的，而是由空气里有什么决定的。
来源
- NASA Space Place，Why Is the Sky Blue?，2022 年 8 月 29 日更新
- NOAA 国家气象局弗拉格斯塔夫办公室，Why is the sky blue?
- Philip Gibbs，Why is the sky blue?，Physics FAQ，加州大学河滨分校，1997
- HyperPhysics（佐治亚州立大学），Color
- NASA Science，Visible Light
- J. W. Strutt，On the light from the sky, its polarization and colour，Philosophical Magazine 41，1871 年 2 月
- 维基百科，Air mass (astronomy)，引用 Kasten & Young，Applied Optics 28(22)，1989
- NASA/JPL，NASA's Curiosity Rover Views Serene Sundown on Mars，2015 年 5 月 8 日
- NASA/JPL，PIA19400: Sunset in Mars' Gale Crater，2015 年 5 月 8 日
- Tomasko 等，Properties of dust in the Martian atmosphere from the Imager on Mars Pathfinder，JGR Planets，1999
视频用代码制作动画，脚本在 AI 辅助下撰写；上面每个数字都对照来源核实过，两处计算是我们自己算的。示意部分：每一片天空、每一束光、每一颗尘埃和分子都是画出来的，不是拍出来的；散射是演示，不是模拟。视频为英文。视频用 Shotloop 制作：我做的免费 Mac 应用，用代码做科普短视频，一个镜头一个镜头地改。