하늘
하늘의 색은 확산 일사의 결과이다. 양지 바른 날에 지구의 하늘은 보통 파란색의 그래디언트 - (레일리 산란으로 인해) 천정(天頂)에서는 어둡고, 지평선 근처에서는 밝은 - 로 보인다. 하늘의 색은 일출과 일몰 동안에는 주황색과 붉은색으로 바뀌고, 밤에는 검은색이 된다. 낮 동안에는 하늘에 해가 보이고, 그렇지 않으면 구름으로 덮여있다. 밤 (그리고 어느 정도는 낮 동안까지) 동안에는 하늘에 달과 별들이 보인다. 하늘에 보이는 몇몇 자연적인 현상들에는 구름, 무지개, 오로라가 있다. 번개도 폭풍이 치는 동안 하늘에 보인다고 할 수 있다. 인간 활동의 결과로, 낮에는 스모그와 밤에는 밝은 빛이 큰 도시 위에서 종종 보인다 (광공해를 보라). 사람들은 새, 비행기, 연도 하늘에서 난다고 말하기도 한다.
일반상대론 개론
첫 번째 새로운 효과는 빛의 진동수가 중력으로 인해 편이한다(중력적색편이)는 것이다. 가속되는 로켓에 탑승 중인 관찰자 두 명이 있다고 하자. 우주선 위에서는 "위"와 "아래"의 자연스러운 개념이 존재한다. 우주선이 가속되는 방향이 "위"이고, 이에 대한 관성으로 고정되지 않은 물체가 반대 방향으로 움직이면서 낙하할 테니 그쪽이 "아래"이다. 관찰자 중 한 명이 다른 한 명 보다 "더 위"에 있다고 가정해 보자. 아래쪽에 있는 관찰자가 위쪽에 있는 관찰자에게 빛으로 신호를 보내면, 로켓의 가속 때문에 빛이 적색편이를 하게 된다(이는 특수상대론에서 계산되는 바이다). 위쪽의 관찰자는 아래쪽의 관찰자가 빛을 처음 쏘았을 때와 비교하여 더 낮은 진동수의 빛을 관찰하게 될 것이다. 역으로 위쪽의 관찰자가 아래쪽의 관찰자에게 보내는 빛 신호는 청색편이, 즉 진동수가 더 높아질 것이다. 아인슈타인은 이러한 진동수 편이가 중력장 안에서 반드시 관찰되어야 한다고 했다. 좌측 그림이 이것을 나타낸 것으로서, 빛이 중력적 가속에 반대되는 방향으로 움직이면서 서서히 적색편이함을 보여준다. 이 효과는 실험적으로 검증되었으며, 그에 대해서는 후술한다.