Tout d'abord, est-ce que le ciel est toujours bleu azur (quand il n'y
a pas de nuages!)?
Non. La nuit, le ciel est plutôt noir.
Si le ciel est bleu le jour, c'est qu'il est lumineux (i.e. il nous
envoie de la lumière).
I - Le bleu du ciel
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Le ciel serait-il une source de lumière? Oui, mais c'est une
source secondaire, un objet diffusant. Quand on éclaire un objet
diffusant celui-ci renvoit la lumière dans toutes les directions.
En fait l'air est constitué de molécules (majoritairement
de diazote). Ce sont ces molécules qui diffusent la lumière
du soleil.
Donc quand on regarde le ciel on voit la lumière qui provient
de ces molécules.
Mais pourquoi bleu?
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Il existe plusieurs sortes de mécanismes de diffusion. La taille
des molécules de l'atmosphère entraine que le mécanisme
qui intervient est la diffusion Rayleigh.
Ce mécanisme a tendance à diffuser la lumière de
courte longueur d'onde (bleu et violet), la lumière de plus grande
longueur d'onde (rouge, jaune, vert) est elle peu diffusée (et donc
pour ce genre de lumière tout se passe comme s'il n'y avait pas
d'atmosphère).
Schéma: (police à chasse fixe requise)
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Rayon non diffusé (vert+rouge=jaune)
!
_
! Rayon venant du soleil (blanc)
/|
! !
/
! !
(le soleil est très loin
! !
par là!)
! !
! ! BVR
BVR
! ! /
/
! ! /
/
! +------>/
/
! /
/
! /
/
! *
*
! /|\
/|\
+---->/ | \
/ | \
/ | \
/ |
VR B B
/ |
/ | \
/ |
/ |<-+->\
/ |
/ | !
\ / |
/ | !
\ / |
| !
O |
--------------------------------sol
!
!
Rayons diffusés (bleus)
Légende:
/ | \ : rayons lumineux
* : molécule
O : observateur
R V B : composantes des couleurs du rayon lumineux
Explications
------------
On simplifie à l'extreme en n'utilisant que les 3 couleurs primaires:
bleu, vert, rouge. Attention: on utilise ici la synthèse additive
des couleurs, il faut réviser cette notion si besoin est.
Le bleu est diffusé par l'atmosphère, le vert et le rouge, non.
Le soleil éclaire l'atmosphère en lumière blanche (roug+vert+bleu).
L'atmosphère diffuse la composante bleue vers le sol (et vers notre oeil).
Donc le ciel parait bleu, car les composantes verte et rouge n'atteignent pas le sol au niveau de l'oeil.
Sauf si on regarde vers le soleil: dans ce cas votre rétine frit
et vous devenez aveugle...
Si la rétine était suffisament résistante pour
supporter l'éclat du soleil, on le verrait blanc jaunâtre.
Voilà pourquoi le ciel parait bleu... le jour!
Questions en plus
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Q: Et si on supprime l'atmosphère?
R: Si on supprime l'atmosphère, on supprime les molécules,
donc, si on regarde le schéma... pas de diffusion, on ne peut recevoir
de la lumière qu'en regardant vers le soleil (shhhhh... un aveugle
en plus...) En regardant dans une autre direction, pas de lumière
reçue: le ciel est noir. C'est ce qui se passe sur la Lune.
Q: quand le soleil vient de se coucher, le ciel reste lumineux quelque
temps. Pourquoi?
R: Si le soleil est couché, c'est qu'il est en dessous de la
ligne d'horizon. Mais il continue d'éclairer l'atmosphère
qui elle est au dessus de la ligne d'horizon quelque temps. Donc cette
atmosphère éclairée diffuse la lumière bleue
vers nous.
II - Le coucher de soleil (et le lever, d'ailleurs!)
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Euh, quand le soleil se couche il n'est pas blanc, et le ciel à son voisinage immédiat ne l'est pas non plus... Alors?
On rappelle que quand on regarde dans la direction du soleil on ne reçoit que la lumière non diffusée. Or, plus la lumière doit traverser une épaisseur plus importante d'atmosphère, plus l'effet de la diffusion se fait sentir.
A midi, la lumière ne traverse pas une grande épaisseur d'atmosphère. Donc le Soleil est blanc.
Le soir les rayons du Soleil sont très obliques, donc doivent
traverser une grande épaisseur d'atmosphère: n'arrive à
l'oeil que la lumière rouge, non diffusée.
Ce qui a été écrit pour le coucher de Soleil reste vrai pour le lever.