Pourquoi le ciel est bleu (et le coucher de soleil orange)

La lumière du Soleil contient toutes les couleurs

La lumière du Soleil paraît blanche, mais c'est le mélange de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel. Chaque couleur voyage comme une onde de longueur différente : le rouge a les ondes les plus longues, le bleu et le violet les plus courtes.

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L'air diffuse davantage le bleu

En traversant l'atmosphère, la lumière rencontre des molécules de gaz, surtout de l'azote et de l'oxygène. Ces molécules la renvoient dans toutes les directions, et cette diffusion est beaucoup plus forte pour les ondes courtes. C'est pourquoi le bleu se répand dans tout le ciel et arrive à nos yeux de partout. C'est ainsi que la NASA présente le phénomène sur son site éducatif.

Les scientifiques appellent cela la diffusion de Rayleigh, du nom du physicien britannique Lord Rayleigh, qui a décrit l'effet au XIXe siècle.

Source : NASA Space Place, Why is the sky blue?.

Si le violet a des ondes encore plus courtes, pourquoi le ciel n'est-il pas violet ?

Le violet est même plus diffusé que le bleu, mais trois facteurs jouent contre lui : le Soleil émet moins de violet, une partie est absorbée en haute atmosphère et nos yeux sont bien plus sensibles au bleu. Ce que le cerveau perçoit au final, c'est un ciel bleu clair.

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Pourquoi le coucher de soleil est orange

En fin de journée, la lumière du Soleil traverse une couche d'air beaucoup plus longue avant de nous atteindre. En chemin, presque tout le bleu a déjà été diffusé sur les côtés. Il reste les teintes à ondes longues, jaune, orange et rouge, qui colorent l'horizon. La poussière, la fumée et la pollution peuvent rendre le soir encore plus rougeâtre.

Pourquoi les nuages sont blancs

Si l'air diffuse davantage le bleu, pourquoi un nuage au milieu d'un ciel bleu paraît-il blanc ? Parce que la taille de ce qui diffuse la lumière change tout. Les molécules de gaz sont bien plus petites que la longueur d'onde de la lumière et diffusent surtout les ondes courtes, le bleu. Les gouttelettes d'eau d'un nuage, elles, sont assez grosses pour diffuser toutes les couleurs presque également, et l'ensemble des couleurs donne le blanc.

Quand le nuage se charge d'eau, moins de lumière le traverse et il paraît gris.

Source : NASA Space Place, Why is the sky blue?.

Et pourquoi la mer paraît bleue

Une partie de la couleur de la mer est le reflet du ciel, mais pas seulement. Selon le service océanographique des États-Unis, l'eau elle-même absorbe davantage les couleurs à ondes longues, comme le rouge, et laisse passer le bleu, qui pénètre plus profondément et est diffusé en retour.

C'est pourquoi un verre d'eau paraît incolore et l'océan bleu : la différence tient à la quantité d'eau que la lumière traverse. Les particules, les algues et les sédiments font virer ce bleu au vert ou au brun près des côtes.

Source : NOAA Ocean Service, pourquoi l'océan est bleu.

Et sur les autres planètes ?

Sur Mars, la fine poussière change la donne : le ciel de jour tend vers le jaunâtre ou l'orangé, et le coucher de soleil prend des tons bleutés près du Soleil. Ce que l'on voit dans le ciel dépend de ce qui se trouve dans l'air.

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