Pourquoi le ciel est bleu et les couchers de soleil sont rouges

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Le ciel paraît bleu pendant la journée, tandis que les levers et les couchers de soleil brillent souvent de rouges et d'oranges. Ce phénomène est principalement dû à la manière dont la lumière du soleil interagit avec l'atmosphère terrestre, un processus connu sous le nom de diffusion de Rayleigh [1].

Le ciel bleu

La lumière du soleil, qui nous paraît blanche, est en réalité composée de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel, chacune ayant une longueur d'onde différente [2]. L'atmosphère terrestre contient de minuscules molécules de gaz, principalement de l'azote et de l'oxygène [1]. Lorsque la lumière du soleil pénètre dans l'atmosphère, ces petites molécules diffusent la lumière dans toutes les directions [2].

La diffusion de Rayleigh stipule que les longueurs d'onde les plus courtes de la lumière sont diffusées beaucoup plus efficacement que les longueurs d'onde les plus longues [1]. La lumière bleue et violette possède les longueurs d'onde les plus courtes du spectre visible, ce qui signifie qu'elles sont diffusées beaucoup plus intensément par les molécules atmosphériques [3]. Comme la lumière bleue est diffusée à travers tout le ciel, elle donne au ciel son aspect bleu à nos yeux www.nesdis.noaa.gov.

Bien que la lumière violette ait une longueur d'onde encore plus courte que le bleu et soit diffusée plus intensément, nos yeux sont plus sensibles à la lumière bleue. De plus, une partie de la lumière violette est absorbée dans la haute atmosphère, c'est pourquoi nous percevons le ciel comme bleu plutôt que violet [4].

Les couchers de soleil rouges

Au lever et au coucher du soleil, le soleil est bas sur l'horizon, ce qui signifie que sa lumière traverse une épaisseur beaucoup plus importante de l'atmosphère terrestre pour atteindre nos yeux weather.metoffice.gov.uk. Sur ce trajet plus long, presque toute la lumière bleue et violette est dispersée, étant ainsi efficacement filtrée www.nesdis.noaa.gov.

Ce qui subsiste pour voyager directement à travers l'atmosphère jusqu'à nos yeux sont les couleurs aux longueurs d'onde les plus longues : le rouge, l'orange et le jaune. Ces couleurs sont diffusées beaucoup moins efficacement et peuvent pénétrer la couche atmosphérique plus épaisse plus directement, ce qui produit les rouges et oranges spectaculaires observés lors des levers et couchers de soleil weather.metoffice.gov.uk www.nesdis.noaa.gov.

Impact de la pollution et de la poussière

La pollution atmosphérique et la poussière peuvent modifier considérablement les couleurs des levers et couchers de soleil [2, 7]. Les particules comme la poussière, la fumée et les aérosols issus de la pollution sont généralement plus grandes que les molécules de gaz d'une atmosphère propre. Ces particules plus volumineuses diffusent également la lumière et, si elles sont présentes en quantités modérées, elles peuvent accentuer la diffusion de la lumière bleue, menant à des teintes rouges et oranges encore plus vives [2]. Cependant, des quantités excessives de particules grandes ou très nombreuses peuvent diffuser toutes les longueurs d'onde de la lumière sans distinction, rendant le ciel brumeux ou terne [2].

Les cieux sur d'autres mondes

Les planètes sans atmosphère substantielle, comme la Lune, ont un ciel noir même pendant la journée car il n'y a pas de molécules pour diffuser la lumière du soleil [8]. Sur Mars, le ciel est généralement couleur caramel, brun jaunâtre ou orange rougeâtre en raison de la poussière fine omniprésente dans sa mince atmosphère [8]. Cette poussière martienne, riche en oxydes de fer, absorbe la lumière bleue et diffuse plus efficacement la lumière rouge et jaune. Curieusement, les levers et couchers de soleil martiens peuvent paraître bleutés autour du soleil car la poussière diffuse la lumière bleue vers l'avant, en direction de l'observateur, lorsque le soleil est bas sur l'horizon [8].