日出和日落时天空变红的原因主要与大气散射和折射有关。日出和日落时，太阳光经过大气层时会受到不同程度的散射和折射作用，造成天空呈现出美丽的红色。

首先，大气层对太阳光的散射起到了决定性作用。日出和日落时，太阳光穿越较厚的大气层，其中的气溶胶、水蒸气和尘埃等微粒会导致光的散射。这些微粒会将太阳光中的蓝色光散射得更强，而红色光则更容易透过大气层传播，因此天空呈现出红色。

其次，大气层对太阳光的折射也对日出和日落呈现红色有一定影响。在日出和日落时，太阳处于地平线附近，光线通过更长的路径穿过大气层，这使得大气层对光线的折射作用增强。同时，由于蓝色光的波长较短，更容易被大气层中的气溶胶和微粒散射，而红色光的波长较长，更容易透过大气层。因此，观察者会看到太阳光经过散射和折射后，呈现出红色或橙色的光芒。

除此之外，地球的自转和公转也对日出和日落的呈现产生影响。地球自转导致太阳光以不同角度进入大气层，同时地球公转使得太阳的位置相对于观测者也会改变，而这些变化也会影响太阳光在大气层中的传播和呈现形式。

综上所述，日出和日落时天空变红的原因主要是大气层对太阳光的散射和折射作用。这一美丽的自然现象不仅为人们带来视觉上的享受，也让我们深刻感受到了大气对光线传播的奇妙影响。