月食时月亮变红是因为地球挡住阳光，让大气散射出红光，然后折射到月亮上。当太阳、地球、月亮排成一条直线，地球大气层像红宝石一样过滤光线，把蓝光筛掉只剩红光，所以月亮看起来暗红色。这跟日食不同，日食是太阳被遮挡，而月食是地球帮太阳给月亮染红。

地球大气层厚度不同，比如在月全食时，大气厚度约8600公里，阳光经过折射后波长变长，红光穿透力强。具体来说，大气散射遵循瑞利定律，波长越短散射越强，所以蓝绿光被散射到大气层外，剩下红黄光穿透到月亮表面。数据表明，当太阳角距离地平线15度时，红光透过率比直射时高30%，而月全食发生时地球距离太阳约1.5亿公里，这种距离会让红光散射更明显。大气中的水汽和尘埃也会影响颜色，比如沙尘暴期间月亮会更红，观测记录显示颜色深浅能反映当时大气污染程度。