Le ciel et la Terre
Pourquoi le ciel est-il bleu ?
La lumière du Soleil est blanche… alors d’où vient tout ce bleu au-dessus de nos têtes ?
La lumière du Soleil a l’air blanche, mais elle cache toutes les couleurs de l’arc-en-ciel : du rouge, du jaune, du vert, du bleu…
Quand elle traverse l’air, elle se cogne à des milliards de minuscules morceaux d’air, bien trop petits pour être vus. Le bleu rebondit beaucoup plus que les autres couleurs, comme une balle rebondissante qui partirait dans tous les sens. Résultat : du bleu nous arrive de partout dans le ciel !
Et sur Mars ? C’est le contraire : le ciel y est plutôt orangé le jour, et le coucher de soleil est bleu !
La lumière blanche du Soleil est un mélange de toutes les couleurs. Chaque couleur correspond à une onde de taille différente : on parle de longueur d’onde. Le rouge a de grandes vagues, le bleu de petites vagues serrées.
En traversant l’atmosphère, la lumière rencontre les molécules d’azote et d’oxygène de l’air. Ces molécules dévient bien plus facilement les petites vagues que les grandes : le bleu est diffusé environ cinq à six fois plus que le rouge. Ce phénomène s’appelle la diffusion de Rayleigh. La lumière bleue, éparpillée dans toutes les directions, semble alors venir de tout le ciel.
Mais pourquoi pas violet, puisque le violet a des vagues encore plus petites ? Le Soleil émet moins de violet, une partie est absorbée en altitude, et nos yeux y sont peu sensibles. Sur Mars, la poussière fine change tout : le ciel est couleur caramel le jour et le coucher de soleil est bleuté.
La couleur du ciel vient de la manière dont la lumière solaire interagit avec les molécules de l’air. Les molécules de diazote et de dioxygène sont des milliers de fois plus petites que la longueur d’onde de la lumière visible (de 400 à 700 nanomètres environ). Dans ce régime, l’intensité diffusée varie comme l’inverse de la puissance quatrième de la longueur d’onde : c’est la diffusion de Rayleigh, décrite par Lord Rayleigh en 1871, après les expériences de John Tyndall. Une lumière bleue à 450 nm est ainsi diffusée environ cinq à six fois plus qu’une lumière rouge à 700 nm.
Le ciel devrait donc être violet, puisque le violet est encore plus diffusé. Trois raisons l’expliquent : le spectre solaire contient moins de violet que de bleu, l’ozone en absorbe une partie, et surtout la sensibilité de nos cônes rétiniens est faible dans le violet. Le cerveau combine le tout en un bleu clair, légèrement désaturé par la lumière blanche diffusée.
La diffusion de Rayleigh est aussi responsable de la polarisation du ciel, maximale à 90° du Soleil, que perçoivent les abeilles et que les photographes atténuent avec un filtre polarisant.
Sur Mars, l’atmosphère est cent fois plus ténue, mais chargée de poussières d’environ un micromètre. Leur taille, comparable à la longueur d’onde, change le régime de diffusion : le ciel diurne prend une teinte caramel, tandis qu’au crépuscule la lumière bleue, diffusée préférentiellement vers l’avant, forme un halo bleu autour du Soleil couchant, photographié par les rovers Curiosity et Perseverance.
Tu te demandes peut-être aussi…
Pourquoi le coucher de soleil est-il orange ?
Le même Soleil, le même air… et pourtant, le soir, le ciel s’embrase.
Pourquoi l’espace est-il noir ?
Avec des milliards de milliards d’étoiles, le ciel nocturne devrait être éblouissant. Pourquoi ne l’est-il pas ?
Peut-on aller vivre sur Mars ?
Mars fait rêver depuis des siècles. Mais y vivre, ce serait loin d’être une partie de plaisir.