Pourquoi le ciel est bleu ?

Pourquoi le ciel est-il bleu ? C’est une question qui, à la manière de Sumner Miller, mène à bien d’autres choses : Qu’est-ce que la lumière ? De quoi est fait le ciel ? Comment percevons-nous la couleur ?

Pour répondre à ces questions, nous nous tournons d’abord vers Isaac Newton qui a dit un jour : ” Si j’ai vu plus loin que les autres, c’est en me tenant sur les épaules des géants “. Comme tout le monde au XVIIe siècle, Newton s’émerveillait de voir un rayon de soleil entrer dans un prisme de verre poli et émerger comme un arc-en-ciel de couleurs. Certains pensaient que le prisme lui-même contenait l’arc-en-ciel et que le faisceau lumineux le poussait vers l’extérieur. Newton avait une autre suspicion. Il a dirigé l’arc-en-ciel étalé de rayons sur un deuxième prisme. Ce qui a émergé à l’autre bout, c’est un faisceau de lumière blanche restaurée. Newton a montré que le prisme ne cachait pas un arc-en-ciel ; il scindait la lumière en ses couleurs composantes.

Newton nous fait donc faire le premier pas en montrant que la lumière du soleil est composée des couleurs de l’arc-en-ciel.

Pour la prochaine étape, nous nous tournons vers un autre Anglais, le polymathe Thomas Young. Non seulement il a résolu plusieurs des mystères de la physique, mais il a aussi craqué les hiéroglyphes égyptiens à l’aide de l’ancienne pierre de Rosette qui portait la même inscription en trois langues. La contribution de Young à notre compréhension de la lumière a été de remplacer l’idée centenaire de Newton selon laquelle la lumière est composée de particules. Au lieu de cela, sur la base de ses études de son, il a proposé que la lumière était une onde et en 1803 l’a prouvé à ses collègues de la Royal Society of London, en commençant par les mots : “Les expériences que je vais raconter…. peuvent être répétées avec une grande facilité, chaque fois que le soleil brille, et sans autre appareil que celui qui est à la portée de tous”.

UNE EXPÉRIENCE CONSISTAIT À PERCER DEUX PETITS TROUS DANS LE TOIT D’UNE ÉGLISE ET À LAISSER LA LUMIÈRE DU SOLEIL FORMER UN MOTIF SUR LE SOL.

A portée de main, peut-être, mais la “grande facilité” pourrait être un étirement. Selon la rumeur, une expérience consistait à percer deux petits trous dans le toit d’une église et à laisser la lumière du soleil former un motif sur le sol. On pourrait s’attendre à ce qu’il ait vu deux points lumineux, mais non. Il a vu un motif de bandes lumineuses et sombres. Il n’y avait pas d’explication à ce schéma, sauf si la lumière qui traversait les fentes se comportait comme des vagues. Imaginez que vous jetez deux cailloux dans un ruisseau. Lorsque les rides d’épandage se rencontrent, parfois elles s’annulent et parfois elles s’additionnent. Si la lumière était une vague, ces annulations et ajouts produiraient un motif d’alternance de bandes claires et sombres, ce que Young voyait exactement dans les différentes versions de sa désormais célèbre “expérience de double fente”.

C’est alors qu’il a grimpé sur les épaules de Newton pour aller plus loin dans ses découvertes. Newton avait montré que la lumière était faite de différentes couleurs ; Young avait montré qu’il s’agissait d’une vague. Donc peut-être que les différentes couleurs étaient en fait de la lumière avec des longueurs d’onde différentes. Bingo ! Young nous fait franchir une deuxième étape.

En 1859, le scientifique irlandais John Tyndall a utilisé cette information pour faire le pas suivant, devenant le premier à expliquer pourquoi le ciel est bleu. Il a fait briller un faisceau de lumière blanche à travers un fluide moucheté de particules flottantes. Quand il regardait de côté, le fluide brillait en bleu. C’est ce qu’on a appelé l'”effet Tyndall”. Tyndall réalisa que cela signifiait que la lumière bleue rebondissait ou ” diffusait ” les particules dans le fluide plus que toute autre couleur. Puisque la lumière bleue a une courte longueur d’onde, il a déduit que les longueurs d’onde plus courtes sont diffusées plus que les longueurs d’onde plus longues.

LORSQUE LA LUMIÈRE DU SOLEIL TRAVERSE L’ATMOSPHÈRE, ELLE SE DISPERSE ET REBONDIT SUR LES MOLÉCULES D’AZOTE ET D’OXYGÈNE.

L’expérience de Tyndall nous emmène à l’étape finale, montrant que la lumière bleue diffuse plus que les autres couleurs.

Et si on mettait tout ça ensemble ? Lorsque la lumière du soleil traverse l’atmosphère, elle se disperse et rebondit sur les molécules d’azote et d’oxygène. Les longueurs d’onde plus courtes à l’extrémité bleue du spectre sont 10 fois plus susceptibles de se disperser que la lumière rouge, la plus longue longueur d’onde. Pour un observateur sur Terre, c’est comme une tempête d’ondes lumineuses bleues rebondissantes qui bombardent les globes oculaires ; en comparaison, la bruine de longueurs d’ondes rouges s’enregistre à peine, de sorte que le ciel a l’air bleu. Pourquoi pas le violet qui, en tant que longueur d’onde la plus courte, diffuse le plus ? La réponse se trouve dans nos yeux. En fait, la lumière diffusée contient de la lumière violette ainsi que de la lumière bleue. Mais les récepteurs de l’œil pour la lumière colorée, les cônes, ne sont pas aussi sensibles au violet et lorsqu’il est combiné avec le bleu, ils enregistrent ce dernier.

Mais attendez, pourquoi les couchers de soleil apparaissent en rouge ? Lorsque le soleil est bas à l’horizon, la lumière doit voyager beaucoup plus loin dans la basse atmosphère, rencontrant des particules plus grosses comme la fumée et la pollution qui rendent la lumière bleue d’autant plus diffuse. Au moment où cette lumière atteint vos yeux, la plupart des ondes lumineuses bleues se sont dispersées. Ceci laisse principalement des ondes lumineuses rouges pour créer cette belle lueur rougeâtre.

Ainsi, la prochaine fois que vous regarderez un beau ciel bleu, souvenez-vous des géants qui ont expliqué pourquoi il en est ainsi.

Dans les années 1960 et 1970, l’un des meilleurs endroits au monde.

Laisser un commentaire