Par une belle journée, une évidence semble s’imposer : le ciel est bleu et le Soleil est jaune.
En réalité, le Soleil est blanc ; c’est l’atmosphère terrestre qui modifie la lumière et lui donne cette apparence. Pour comprendre ce phénomène physique, il faut d’abord parler de la lumière.
La lumière du Soleil est… blanche
La lumière du Soleil n’est pas une couleur unique. Elle est composée d’un mélange de nombreuses couleurs différentes, chacune correspondant à une longueur d’onde différente.
On peut facilement le constater avec un prisme ou dans un arc-en-ciel : la lumière blanche se décompose alors en toute une palette de couleurs, du violet au rouge.
Lorsque cette lumière arrive sur Terre, elle traverse l’atmosphère, une enveloppe de gaz et de particules qui entoure notre planète. Et c’est là que tout se joue.
La diffusion atmosphérique
Les molécules de gaz présentes dans l’atmosphère — principalement l’azote et l’oxygène — interagissent avec la lumière émise par le Soleil. En traversant l’air, cette lumière est diffusée dans toutes les directions par ces molécules.
Mais toutes les couleurs ne sont pas affectées de la même manière. Les couleurs correspondant aux longueurs d’onde les plus courtes, comme le bleu et le violet, sont beaucoup plus diffusées que celles associées à des longueurs d’onde plus grandes, comme le rouge. Ce phénomène est appelé diffusion de Rayleigh.
Une grande partie de la lumière bleue est ainsi dispersée dans toutes les directions du ciel. Lorsque nous regardons une zone du ciel éloignée du Soleil, c’est cette lumière diffusée qui parvient jusqu’à nos yeux.
C’est pourquoi le ciel nous apparaît bleu.
@La Tête Dans Les Etoiles
Mais alors… pourquoi le ciel n’est-il pas violet ?
Si les longueurs d’onde courtes sont les plus diffusées, on pourrait s’attendre à voir un ciel violet plutôt que bleu.
Deux raisons expliquent pourquoi ce n’est pas le cas : le Soleil émet moins de lumière violette que de lumière bleue, et surtout, notre œil est beaucoup moins sensible au violet qu’au bleu.
La combinaison de ces deux effets fait que la couleur dominante du ciel devient le bleu.
Mais le soleil alors ?
Le phénomène responsable du ciel bleu agit aussi sur la lumière qui nous parvient directement du Soleil.
En traversant l’atmosphère, une partie de la lumière bleue est diffusée dans toutes les directions et ne reste donc plus dans le faisceau lumineux qui arrive directement à nos yeux lorsque nous regardons vers le Soleil.
Autrement dit, la lumière solaire qui nous parvient directement est légèrement appauvrie en bleu. Ce qu’il reste est un mélange de couleurs dominé par les teintes plus chaudes du spectre : rouge, orange et jaune. Notre cerveau interprète alors cette lumière comme jaunâtre.
C’est pourquoi le Soleil nous apparaît jaune lorsqu’on l’observe depuis la surface de la Terre.
Alors pourquoi le ciel devient-il rouge au coucher du Soleil ?
Au lever et au coucher du Soleil, la lumière solaire arrive sur nous sous un angle très rasant. Avant d’atteindre notre regard, elle doit alors traverser une couche d’atmosphère bien plus épaisse que lorsque le Soleil est haut dans le ciel.
Durant ce long parcours dans l’air, les couleurs aux plus courtes longueurs d’onde, en particulier le bleu, sont encore plus diffusées dans toutes les directions par les molécules de l’atmosphère qu’au milieu de la journée. Ces teintes disparaissent alors peu à peu du faisceau lumineux qui nous parvient directement.
Les couleurs qui continuent leur route sont celles dont les longueurs d’onde sont plus grandes, comme l’orange et le rouge. C’est pourquoi le Soleil et le ciel proche de l’horizon prennent souvent ces magnifiques teintes chaudes qui accompagnent les levers et les couchers de Soleil.
Une expérience terrestre
Si l’on quittait l’atmosphère terrestre pour observer le Soleil depuis l’espace, comme depuis la Lune, ce filtrage disparaîtrait. Sans diffusion atmosphérique pour retirer une partie du bleu, la lumière solaire nous apparaîtrait telle qu’elle est réellement : blanche.
Le ciel, lui, deviendrait complètement noir, puisque sans atmosphère il n’y aurait plus de diffusion de la lumière dans toutes les directions.
