Почему красный свет от Солнца отклоняется к Луне во время полного лунного затмения?

Плотность земной атмосферы уменьшается с высотой, поэтому, если мы посмотрим на поперечное сечение атмосферы, мы получим что-то вроде:

Показатель преломления воздуха зависит от плотности, поэтому мы получаем градиент показателя преломления из$n = 1.0003$на поверхности до$n = 1$в космосе, и когда световой луч движется в градиенте показателя преломления, он преломляется в направлении увеличения показателя преломления, т. е. вниз к земле.

Кстати, по этой же причине мы получаем миражи только наоборот. В мираже земля нагревает воздух и уменьшает плотность воздуха у земли. Это создает градиент показателя преломления, при котором показатель преломления увеличивается с высотой, из-за чего световые лучи изгибаются вверх от земли.

Во всяком случае, теперь должно быть очевидно, почему земная атмосфера преломляет лучи внутрь. Если мы посмотрим в более крупном масштабе, траектория луча света выглядит примерно так:

Преломление заставляет весь свет, как красный, так и синий, искривляться внутрь, к Луне. Однако синий свет предпочтительно удаляется из-за рэлеевского рассеяния, поэтому свет, достигающий Луны, имеет в целом красный цвет.