שקיעה

שקיעה היא זמן לקראת הערב שבו מתכסית השמש אל מעבר לקו האופק במערב.

מסלול קרני השמש בזמן שקיעה

קרני השמש בזמן שקיעה אינן נעות לאורך קווים ישרים. האטמוספירה, בדומה למנסרה, שוברת את הקרניים וכתוצאה מכך הן נעות במסלולים שבורים (בקווים ישירים בזוויות שונות) הנקבעים מעקרון פרמה. הסטת מסלול קרני השמש היא בשיעור של 0.6°, זווית הקרובה למפתח הזוויתי של השמש עצמה. לכן בזמן שרואים את השמש נוגעת בקו האופק, מיקומה האמיתי כבר מתחתיו. תופעה נוספת הקשורה בשבירת הקרניים באטמוספירה היא הנפיצה אשר מובילה במקרים נדירים לתופעת ההבזק הירוק.

צבעי השקיעה

צבע השמים, אם בזמן שקיעה ואם בצהרי היום, הוא תוצאה של פיזור קרני השמש מחלקיקי החומר המרכיבים את האטמוספירה. פיזור זה נקרא פיזור ריילי, והוא נעשה משמעותי ככל שאורך הגל של הקרינה המתפזרת קצר יותר, כלומר קרניים הנוטות לצבע הכחול יבלטו יותר כאשר מתרחש פיזור ריילי. זוהי הסיבה לצבע הכחול של השמים במשך היום. לעומת זאת, הפיזור של קרני האור הנוטות לאדום (בעלות אורך גל גדול ומשרעת גבוהה), חלש יותר. בזמן שקיעת השמש, הדרך שקרני האור צריכות לעבור בתוך אטמוספירה, כדי להגיע לצופה, מתארכת ככל שהשקיעה מתקדמת. הקרניים בעלות הסיכוי הגדול ביותר להגיע לצופה ללא פיזור הן הקרניים בעלות אורך גל גדול ולכן צבע השקיעה נוטים לאדום. אורך גל גדול מאפשר לגל האור לעקוף את החלקיקים הרבים הנמצאים בחתך האטמוספירה הגדול הקיים בזמן שקיעה, וכן לעקוף את הגזים והאבק המצטבר על פני כדור הארץ. ככל שיש יותר גזים ואבק על פני כדור הארץ, כך צבעי השקיעה יהיו בגוונים יותר חזקים של אדום, זו גם הסיבה שמעל פני הים צבעי השקיעה בגוונים חזקים יותר של אדום. צבעה האמיתי של השמש לבן, אך בעקבות פיזור ריילי הצבע המתקבל בצפייה מתוך כדור הארץ יהיה צהוב. בזמן השקיעה יש פיזור יותר גדול, ולכן השמש נוטה אל גוני הכתום והאדום. 
ככל שמשרעת גל האור גדולה יותר, כך גוני הצבע יהיו חזקים יותר. למשל, גל אור אדום עם משרעת גדולה יראה כגוון אדום חזק, לעומת גל אור אדום עם משרעת קטנה שיראה גוון אור אדום חלש. 
בנוסף, גוני השקיעה יכולים להיות מושפעים גם מאירועים כגון אפר מהתפרצויות הרי געש, או כתוצאה מתופעות אטמוספירות, כגון עננים, עשן וערפיח.
לאחר ההתפרצות של הר הגעש פינטובו בשנת 1991 או ההתפרצות של הר קרקטואה ב-1883, נצפו זריחות ושקיעות בגוונים מיוחדים, כמו ירוק זוהר, בכל רחבי העולם.

שקיעה וזריחה

בדרך כלל, גוני הזריחה רכים וחלשים יותר מאשר גוני השקיעה. דבר זה נובע מההבדלים בתנאים שדרכם עובר אור השמש בין שעות היום לשעות הלילה.
במשך היום, בדרך כלל מתרבות מהירות הרוחות, האבק, סופות החול וכיוצא בזה, דבר הגורם להעלאת כל האבק והחלקיקים שנצבר במשך הלילה על האדמה, למעלה.
כתוצאה מכך, האבק והחלקיקים משמש כמעין מסננת לקרני השמש, כך שבנוסף לאטמוספירה יש עוד שכבת סינון 
בין הקרניים ועד כדור הארץ. 
רק הקרניים הכהות יותר מצליחות לעבור דרך שכבת האבק, ולכן בכדור הארץ רואים את השקיעה בצבעים כהים יותר מאשר את הזריחה זריחת השמיים בצבע אדמדם.

זמנים

באזור קו המשווה, השמש עולה בצד מזרח ושוקעת במערב, משום ששם זמני היום והלילה קבועים תמיד, 12 שעות יום ו-12 שעות לילה (ישנן סטיות מזעריות עקב סטייה במסלול כדור הארץ אל מול השמש). בחצי הדרומי של כדור הארץ, נוטה השמש לכיוון צפון, ובחצי הכדור הצפוני נוטה השמש לכיוון דרום.
מן הסתם, נטיית השמש לכיוון צפון או דרום מתקרבת ככל שמתקרבים לקוטב הצפוני או הדרומי.
משך זמן השקיעה עצמה, החל מכניסת השמש מתחת לאופק ועד היעלמותה, וכן משך הזמן שבין סוף השקיעה עד צאת הכוכבים, הוא ארוך יותר ככל שמתרחקים מקו המשווה ומתקרבים לקטבים, הצפוני או הדרומי. 
בנקודת הקוטב הצפוני ממש השמש לא שוקעת כלל בתקופת הקיץ, וכך גם בקוטב הדרומי, השמש אינה שוקעת כלל בתקופת החורף. בתקופות האלה בקטבים השמש כלל אינה נראית, ושורר חושך.