Spectre visible
L'œil humain ne perçoit que la
lumière dite, par définition,
visible, dont la
longueur d'onde est comprise entre celle du
rouge, longue
[si l'on allonge encore cette onde, et donc que l'on diminue sa fréquence, on obtient de l'infrarouge], et celle du
violet, courte
[si l'on raccourcit encore cette onde, et donc qu'on augmente sa fréquence, on obtient de l'ultraviolet] : voir
spectre électromagnétique.
Lorsque toutes les fréquences sont présentes en proportion équivalente, on perçoit la lumière blanche du plein soleil. Mais les différentes fréquences ne réagissent pas de la même façon à plusieurs phénomènes.
Il en résulte que, selon la direction d'observation, la répartition en fréquence (le
spectre) est différente et la couleur observée également.
Effet de l'épaisseur de l'atmosphère
L'effet de la
dispersion sur la coloration du
soleil est plus marqué près de l'
horizon qu'au
zénith : la
lumière a alors un plus long trajet à travers l'
atmosphère et rencontre donc plus de
particuless.
Ainsi, la couleur du ciel est variable entre l'aurore et le crépuscule. Au lever (et au coucher) le soleil, près de l'horizon, semble rouge parce que la lumière bleue a été dispersée au loin et l'on ne voit plus que la lumière provenant directement du soleil.
De même, en altitude, où l'air est plus rare, la dispersion est beaucoup moins forte. On reçoit donc plus de lumière directe, et beaucoup moins de lumière indirecte, diffusée par l'atmosphère : le ciel est moins lumineux, plus sombre, ce qui donne un bleu plus 'profond'.
Effets de la composition de l'atmosphère
La
luminosité du ciel et la qualité de la
lumière qu’il émet dépendent aussi de la composition de l’
atmosphère et de la présence de particules en suspension. Les
molécules de l’
air diffusent en effet la
lumière avec un effet sélectif, appelé effet Tyndall ou
diffusion de Rayleigh, qui donne sa couleur
bleue au ciel clair.
En fait, la diffusion Rayleigh indique même que le ciel devrait être vu violet. De plus, la loi du corps noir affirme que le rayonnement du Soleil est plus important dans le domaine du violet (et plus encore pour l'ultraviolet) que pour le bleu. Mais l'œil humain en vision photopique présente un pic de sensibilité autour du vert (longueur d'onde 555 nm), tandis que la sensibilité au violet est 100 fois plus faible. Le 'décalage vers le vert' conduit donc à un ciel vu bleu.
La vapeur d'eau est un élément important de la luminosité. La vapeur d’eau fait que la coloration rouge du soleil (et le bleu du ciel) est plus importante le soir que le matin, et en bord de mer que dans le désert. Lorsque la quantité d'eau fait apparaître des gouttesss (nuage, brouillard), elles absorbent et diffusent la lumière incidente ; peu nombreuses, leur effet est surtout de diffusion et rend la voûte céleste plus lumineuse qu’un ciel clair (au détriment de la lumière directe) ; denses, c'est l'absorption qui prend le dessus et leur effet est d'assombrir le ciel.
Les particules en suspension dans l'air (poussières) jouent aussi un rôle notable : elles absorbent partiellement la lumière, diminuant la quantité globale d’énergie arrivant au sol ; elles la diffusent éventuellement de façon sélective.
Explication
Sir
John William Strutt Rayleigh a calculé l'intensité dispersée par des diffuseurs formés de molécules dipôlaires beaucoup plus petits que la longueur d'onde comme :
où
- N est le nombre de particules
- est la longueur d'onde de la lumière incidente
- est la polarisabilité
- est l'angle entre l'onde incidente et l'observateur
Voir aussi
Articles connexes
Liens externes
)
)
)
)
