L’un des traits distinctifs de l’être humain est la curiosité. Il est probable que chacun d’entre nous, enfant, a regardé le ciel et s’est demandé : «Pourquoi le ciel est-il bleu ? Il s’avère que les réponses à des questions aussi simples en apparence requièrent des connaissances de base en physique et que, par conséquent, tous les parents ne seront pas en mesure d’expliquer correctement à leur enfant la raison de ce phénomène.
Examinons cette question d’un point de vue scientifique.
Table des matières
Le spectre solaire
La gamme des longueurs d’onde du rayonnement électromagnétique couvre la quasi-totalité du spectre du rayonnement électromagnétique, qui comprend le rayonnement visible par l’homme. L’image ci-dessous montre la dépendance de l’intensité du rayonnement solaire par rapport à la longueur d’onde de ce rayonnement.
Spectre des longueurs d’onde
En analysant cette image, on constate que le rayonnement visible est également représenté par une intensité inégale pour les rayonnements de différentes longueurs d’onde. Ainsi, une contribution relativement faible au rayonnement visible est donnée par la couleur violette, et la plus importante par les couleurs bleue et verte.
Pourquoi le ciel est-il bleu ?
Tout d’abord, cette question est motivée par le fait que l’air est un gaz incolore et ne devrait pas émettre de lumière bleue. Il est évident que la cause de ce rayonnement est notre étoile.
Comme nous le savons, la lumière blanche est en fait une combinaison de toutes les couleurs du spectre visible. À l’aide d’un prisme, il est possible de décomposer explicitement la lumière en toute la gamme des couleurs. Un effet similaire se produit dans le ciel après la pluie et forme un arc-en-ciel. Lorsque la lumière du soleil pénètre dans l’atmosphère terrestre, elle commence à se disperser, c’est-à-dire que le rayonnement change de direction. Cependant, la particularité de la composition de l’air est telle que lorsque la lumière y pénètre, les rayonnements de courte longueur d’onde sont diffusés plus fortement que les rayonnements de grande longueur d’onde. Ainsi, si l’on considère le spectre présenté précédemment, on constate que la lumière rouge et orange ne changera pratiquement pas de trajectoire en traversant l’air, alors que les radiations violettes et bleues changeront sensiblement de direction. C’est pourquoi il existe dans l’air une sorte de lumière à ondes courtes «errante», qui est constamment dispersée dans ce milieu. En raison du phénomène décrit, il semble que les ondes courtes du spectre visible (violet, cyan, bleu) soient émises en tout point du ciel.
Passage de la lumière solaire à travers un prisme
En matière de perception des rayonnements, il est bien connu que l’œil humain ne peut capter, voir, les rayonnements que s’ils pénètrent directement dans l’œil. En regardant le ciel, on a plus de chances de voir les nuances du rayonnement visible, dont la longueur d’onde est la plus petite, car c’est elle qui se disperse le mieux dans l’air.
Pourquoi, en regardant le Soleil, ne voit-on pas clairement la couleur rouge ? Tout d’abord, il est peu probable qu’une personne puisse regarder le Soleil de près, car le rayonnement intense peut endommager l’organe visuel. Deuxièmement, malgré l’existence d’un phénomène de diffusion de la lumière dans l’air, la majeure partie de la lumière émise par le Soleil atteint la surface de la Terre sans être diffusée. Par conséquent, toutes les couleurs du spectre de rayonnement visible sont combinées pour former une lumière d’une couleur blanche plus prononcée.
Revenons à la lumière diffusée par l’air, dont la couleur, comme nous l’avons déjà déterminé, doit avoir la longueur d’onde la plus courte. Parmi les radiations visibles, le violet a la longueur d’onde la plus courte, suivi du cyan, et le bleu a une longueur d’onde légèrement plus grande. Compte tenu de l’intensité irrégulière du rayonnement solaire, il est clair que la contribution de la couleur violette est négligeable. C’est donc la couleur bleue qui contribue le plus au rayonnement diffusé par l’air, suivie de la couleur bleue.
Pourquoi le coucher de soleil est-il rouge ?
La couleur en fonction de la longueur d’onde
Lorsque le Soleil se cache derrière l’horizon, nous pouvons observer le même rayonnement à grande longueur d’onde de couleur rouge-orange. Dans ce cas, la lumière du Soleil doit parcourir une distance nettement plus grande dans l’atmosphère terrestre avant d’atteindre l’œil de l’observateur. À l’endroit où le rayonnement solaire commence à interagir avec l’atmosphère, les couleurs bleues et bleues sont les plus prononcées. Cependant, avec la distance, le rayonnement à ondes courtes perd de son intensité, car il est considérablement dispersé en chemin. En revanche, le rayonnement de grande longueur d’onde réussit parfaitement à parcourir de telles distances. C’est pourquoi le soleil est rouge au coucher du soleil.
Comme nous l’avons déjà mentionné, bien que le rayonnement à ondes longues soit faiblement diffusé dans l’air, il y a tout de même une diffusion. Ainsi, étant à l’horizon, le Soleil émet de la lumière, dont seul le rayonnement de couleur rouge-orange atteint l’observateur, qui a le temps de se disperser dans l’atmosphère, formant la lumière «parasite» mentionnée plus haut. Ces dernières colorent le ciel de teintes rouges et orangées.
Pourquoi les nuages sont-ils blancs ?
En ce qui concerne les nuages, on sait qu’ils sont constitués de gouttelettes microscopiques de liquide, qui diffusent la lumière visible presque uniformément, quelle que soit la longueur d’onde du rayonnement. La lumière diffusée, dirigée dans toutes les directions à partir de la gouttelette, est à nouveau diffusée sur d’autres gouttelettes. Dans ce cas, la combinaison des radiations de toutes les longueurs d’onde est préservée et les nuages «brillent» (reflètent) en blanc.
Si le temps est nuageux, le rayonnement solaire atteint la surface de la Terre en quantités négligeables. En présence de gros nuages ou de beaucoup de nuages, une partie de la lumière solaire est absorbée, de sorte que le ciel s’assombrit et prend une couleur grise.
Date de publication: 12-26-2023
Mettre à jour la date: 12-26-2023