Işığın uzayda ve atmosferde ilerleme hızındaki fark, ortamın optik yoğunluğundan kaynaklanır. Uzayda, ışık vakumda hareket eder ve bu ortamda ışığın hızı c (yaklaşık 3×108 metre/saniye) olarak bilinir.
Ancak atmosferde, ışık farklı bir ortamda hareket eder ve hava molekülleri, su buharı ve diğer partiküller ışığın geçişini etkiler. Bu etkiler, ışığın hızını azaltır. Atmosferin optik yoğunluğu, ışığın geçişini yavaşlatır çünkü ışık hava molekülleriyle çarpışır ve bu çarpışmalar ışığın hızını düşürür. Bu fenomen "kırılma" (refraction) olarak adlandırılır ve atmosferdeki kırılma indeksi n ile ifade edilir. Kırılma indeksi, ortamın ışığın hızını ne kadar azalttığını gösterir ve genellikle atmosferde 1.0003 civarındadır.
Matematiksel olarak, atmosferdeki ışık hızı vv, vakumdaki ışık hızına ( c) bölünmüş kırılma indeksi n ile hesaplanır:
v= c/n
Bu nedenle, atmosferde ışığın hızı vakumdaki hızından biraz daha düşüktür.
