Το ηλιοβασίλεμα ή δύση του Ήλιου είναι η ημερήσια εξαφάνιση του Ήλιου κάτω από το δυτικό ορίζοντα, ως αποτέλεσμα της περιστροφής της Γης. Στην Αστρονομία, ορίζεται ως η στιγμή στην οποία η άκρη του Ήλιου που ακολουθεί εξαφανίζεται κάτω από τον ορίζοντα. Όμως, λόγω της ατμοσφαιρικής διάθλασης, τη στιγμή του ηλιοβασιλέματος, ο Ήλιος βρίσκεται ήδη μια διάμετρο κάτω από τον ορίζοντα.

Κατά τη διάρκεια του ηλιοβασιλέματος (όπως και της ανατολής του Ήλιου), ο ουρανός φέρει πορτοκαλί-κόκκινο χρώμα. Αυτό είναι αποτέλεσμα της σκέδασης. Μια ακτίνα φωτός αποτελείται από διάφορα μήκη κύματος, με αποτέλεσμα να γίνεται αντιληπτή ως λευκή. Τα μικρότερα μήκη κύματος (μπλε, πράσινο) διασκορπίζονται πιο έντονα από τα σωματίδια και μόρια του αέρα, απομακρυνόμενα από την ακτίνα.[1] Κατά την ανατολή ή δύση του Ηλίου, όταν η απόσταση που η ακτίνα διανύει στην ατμόσφαιρα είναι μεγαλύτερη, τα μικρά μήκη κύματος έχουν διασκορπιστεί τελείως, με αποτέλεσμα να γίνονται πιο αντιληπτά αυτά μεγαλύτερου μήκους κύματος (κίτρινο, πορτοκαλί, κόκκινο), τα οποία στη συνέχεια σκεδάζονται από τα σταγονίδια των νεφών και σχετικά μεγάλα σωματίδια, με αποτέλεσμα ο ορίζοντας να αποκτά κόκκινο και πορτοκαλί χρώμα.[2] Η σκέδαση των μικρότερων μηκών φωτός οφείλεται στη σκέδαση Ρέιλι από μόρια με μέγεθος μικρότερο από αυτό το μήκος κύματος του φωτός. Σωματίδια με μέγεθος παρόμοιο ή μεγαλύτερο με αυτό το μήκος φωτός, προκαλούν τη σκέδαση Μι.

Μερικές φορές ακριβώς πριν την ανατολή ή τη δύση του Ήλιου εμφανίζεται μια πράσινη λάμψη, καθώς τα μικρότερα μήκη κυμάτων διαθλώνται περισσότερο, με αποτέλεσμα να γίνονται αντιληπτά 1-2 δευτερόλεπτα αργότερα. Αν και η λάμψη μπορεί να περιλαμβάνει και άλλα χρώματα, η απόχρωση του πράσινου είναι αυτή που επικρατεί συνήθως.