Vous avez probablement contemplé le ciel presque tous les jours et l'avez vu bleu. Il y a peut-être eu des jours où le ciel était d'une autre couleur, comme lors de chutes de neige, où le monde semblait d'un gris acier, ou si vous avez déjà été témoin d'une éruption volcanique ou d'un incendie de forêt, qui a transformé le ciel en un orange inquiétant.
Cependant, le ciel bleu est sans doute l'une des expériences les plus communes et partagées par tous les êtres humains. Depuis la nuit des temps, nous contemplons le ciel et ses différentes nuances de bleu lorsque le soleil brille. Et, très probablement, depuis toujours, les enfants se demandent pourquoi.
La réponse est en réalité assez complexe, alors ne vous inquiétez pas si vous êtes adulte et que vous connaissez depuis toujours la raison de la couleur azur de notre ciel ! Il s'avère que la teinte du ciel provient du fait que les longueurs d'onde bleues et violettes de la lumière sont diffusées plus fréquemment que toute autre longueur d'onde lorsqu'elles interagissent avec les molécules de notre atmosphère. Pour comprendre cela, il nous faut nous pencher sur quelques notions de physique fondamentale.
Comment mesure-t-on la lumière ?
Extrait de l'article « Spectre solaire visible » | Encyclopædia Britannica/GettyImages
En résumé, la lumière produit de l'énergie qui se propage sous forme d'ondes. Chaque onde possède une longueur d'onde différente selon le type d'énergie, et cette longueur d'onde se mesure en nanomètres. Chaque longueur d'onde est à l'origine des différentes couleurs perçues par l'œil humain.
Le violet possède la longueur d'onde la plus courte (380–435 nm), suivi du bleu (435–500 nm). Le rouge a la longueur d'onde la plus longue (625–740 nm), et les autres couleurs de l'arc-en-ciel se situent entre ces deux extrêmes. Ensemble, ces couleurs constituent le spectre visible, c'est-à-dire les couleurs que nos yeux peuvent percevoir.
Comment les longueurs d'onde créent la couleur du ciel
Réfraction de la lumière arc-en-ciel par un prisme | Brian A. Jackson/Shutterstock
La lumière se propage en ligne droite jusqu'à ce qu'elle rencontre des particules comme l'oxygène et l'azote, qui constituent l'atmosphère terrestre. Au contact de ces particules, la lumière se divise en plusieurs faisceaux aléatoires.
Les couleurs bleues et violettes, ayant les longueurs d'onde les plus courtes, se diffusent davantage lorsqu'elles interagissent avec les particules atmosphériques. Cet effet de diffusion, appelé diffusion de Rayleigh, rend ces couleurs visibles à l'œil nu.
Finalement, nos yeux perçoivent le ciel comme bleu car ils sont plus sensibles à la lumière bleue qu'à la lumière violette. Par ailleurs, si nous regardions directement le soleil — ce qui, soit dit en passant, est une très mauvaise idée —, nous verrions une lumière d'un blanc aveuglant. En effet, nous regarderions directement la lumière qui, comme l'a démontré Isaac Newton dans sa célèbre expérience du prisme, contient toutes les longueurs d'onde visibles.
Cependant, lorsque nous regardons le ciel, nous voyons de la lumière qui a été diffusée. après interaction avec notre atmosphère, créant un magnifique dôme bleu au-dessus de nos têtes.
Comment les scientifiques ont découvert pourquoi le ciel apparaît bleu
Un ciel bleu nuageux au-dessus d'une route de campagne | ARTpok / Shutterstock
Ce phénomène a été découvert par le professeur de physique irlandais John Tyndall, qui cherchait à comprendre comment la lumière du soleil réchauffe la Terre. Il a rempli un tube de verre avec des particules présentes dans l'atmosphère terrestre, puis y a insufflé de la fumée.
Il remarqua alors que l'air paraissait bleu lorsqu'on l'observait dans la même direction que la fumée émise, mais rouge lorsqu'on l'observait dans la direction opposée. Tyndall en conclut que la couleur de l'air était déterminée par l'interaction de la lumière avec les particules de poussière présentes dans l'atmosphère terrestre.
En 1870, le physicien britannique John William Strutt affina les travaux de Tyndall et confirma que les molécules d'air sont responsables de la diffusion des ondes lumineuses dans notre atmosphère, ce qui lui confère sa couleur. Sans cette interaction, le ciel serait clair et non bleu, car il est rempli de gaz incolores. Il développa également une théorie mathématique expliquant pourquoi les molécules atmosphériques diffusent davantage les longueurs d'onde courtes que les longues.
Pourquoi le ciel est-il rouge au lever et au coucher du soleil ?
Coucher de soleil sur les arbres et les plaines sous un ciel rouge | KensCanning / Shutterstock
Chaque matin, au lever et au coucher du soleil, un spectacle de couleurs et de nuances époustouflant s'offre à nos yeux. Ce phénomène s'explique par le fait que, lorsque le soleil est proche de l'horizon, sa lumière doit traverser une couche d'atmosphère beaucoup plus épaisse pour nous parvenir que lorsqu'il est plus haut dans le ciel.
Le volume plus important de l'atmosphère signifie que les ondes bleues et vertes ont plus de temps pour se disperser, ce qui entraîne un mélange de couleurs et de nuances, et par conséquent les magnifiques spectacles de lumière que nous observons chaque matin et chaque soir.
Pourquoi l'espace est-il noir ?
Étoiles dans l'espace sur fond noir | Triff / Shutterstock
L'espace est noir car la majeure partie est dépourvue d'atmosphère comme celle de la Terre, ce qui signifie qu'il n'y a pas de particules pour réfléchir les ondes. Bien sûr, d'innombrables étoiles lointaines émettent de la lumière, mais le fait que l'espace n'apparaisse pas d'un blanc aveuglant est appelé le paradoxe d'Olbers.
Selon la science moderne, l'espace apparaît toujours noir malgré toutes les étoiles, à la fois parce que l'Univers est fini, ce qui signifie que certaines sources lumineuses lointaines ne nous sont pas encore parvenues, et parce que l'Univers est en expansion, étirant la lumière des galaxies lointaines au-delà de la gamme des longueurs d'onde visibles.
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Cet article a été initialement publié sur www.mentalfloss.com sous le titre « Pourquoi le ciel est-il bleu ? ».