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De jour comme de nuit,
il y a dans le ciel des étoiles qui émettent de la lumière.
Parmi elles, le Soleil,
une étoile beaucoup plus proche que les autres
et donc beaucoup plus brillante.
Il y a aussi des astres comme la Lune ou les planètes,
qui n’émettent pas de lumière,
mais sont éclairés par le Soleil.
Et partout ailleurs, le ciel devrait être noir,
puisqu’il n’y a a pas de lumière.
C’est d’ailleurs comme ça que le voit les astronautes
en orbite autour de la Terre.
Le jour, ils voient un Soleil brillant,
et le ciel noir rempli d’étoiles.
Mais quand on est sur Terre, dans la journée,
on voit le ciel bleu, c’est à dire que de la lumière bleue
provient d’un endroit où il n’y a aucune source de lumière, où il n’y a rien.
Mais bon, pas tout à fait.
Il y a l’atmosphère quand même,
et donc il y a de l’air.
Oui mais l’air est transparent :
la preuve, la nuit, on les voit très bien, les étoiles.
C’est vrai, mais pas tout à fait.
Car quand on envoie de la lumière dans l’air,
une partie de cette lumière est diffusée,
c’est à dire qu’elle est déviée par les molécules.
Normalement, la lumière se propage en ligne droite.
Mais lorsqu’un photon (un grain de lumière) rencontre une molécule,
il peut être dévié dans n’importe quelle direction.
Et comme il y a beaucoup de photons en provenance du Soleil
et beaucoup de molécules dans l’atmosphère terrestre,
on se retrouve finalement avec des photons
dans toutes les directions
Si la diffusion était très efficace,
les astres seraient flous,
comme si on les regardait à travers du brouillard.
Mais seule une petite quantité de lumière est diffusée,
et il faut donc une source puissante
pour que la lumière diffusée soit perceptible à l’œil.
C’est le cas pour le Soleil, mais pas pour les autres astres,
ce qui explique que le ciel reste noir la nuit.
Justement, à propos de l’efficacité de la diffusion,
la longueur d’onde de la lumière intervient aussi :
plus la couleur de la lumière est proche du bleu, plus elle diffuse.
Par exemple, si le Soleil est au zénith,
seul 4% de la lumière rouge est diffusée,
mais par contre on diffusera 9% du vert,
20% du bleu et 30% du violet.
Donc si l’on regarde le ciel dans une autre direction que le Soleil,
on verra surtout du violet et du bleu.
Mais comme l’œil est beaucoup plus sensible dans le bleu
que dans le violet, on voit du bleu.
Et c’est pour cela que le ciel est bleu.
Si l’on regarde le Soleil, les couleurs aussi sont déformées.
Car notre Soleil est parfaitement blanc,
comme le vérifient les astronautes en orbite autour de la Terre.
Mais comme la lumière du Soleil a perdu du bleu
dans la traversée de l’atmosphère, il apparaît jaune.
Si l’atmosphère était moins épaisse,
il y aurait moins de lumière diffusée,
et le bleu du ciel serait plus foncé,
voire presque noir quand l’atmosphère devient très fine.
C’est pour cette raison qu’en montagne,
le bleu du ciel paraît plus profond.
Et si l’atmosphère était plus épaisse,
on perdrait encore plus de bleu, et même du vert,
et du coup le Soleil deviendrait rouge.
En fait, c’est exactement ce qui se passe
lors d’un lever ou d’un coucher de Soleil :
la couche d’air à traverser est plus épaisse,
et le Soleil devient d’abord orange, puis rouge.