Couleur du ciel
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Une partie du rayonnement électromagnétique émis par le soleil est réfléchie par l'atmosphère terrestre, y compris des rayonnements visibles (lumière). Une autre partie pénètre cette atmosphère, et éventuellement la traverse, plus ou moins directement, jusqu'à atteindre l'œil d'un observateur. L'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) terrestre diffuse les rayonnements provenant du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une...), d'autant plus que leur longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte...) est courte (ce qui correspond, dans le spectre visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain.), aux couleurs proches du violet).

Lorsque nous dirigeons notre regard vers le soleil ou au voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la...) de celui-ci, nous percevons les rayonnements les plus directs : ce sont ceux de grande longueur d'onde (couleur tendant vers le rouge), moins diffusés par l'atmosphère.

Lorsque nous dirigeons notre regard ailleurs dans le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.), nous percevons des rayonnements dont la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) à partir du soleil est très indirecte : ce sont ceux de courte longueur d'onde (couleur tendant vers le violet), très diffusés par l'atmosphère.

Spectre visible

L'œil humain ne perçoit que la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet)...) dite, par définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.), visible, dont la longueur d'onde est comprise entre celle du rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.), longue[1], et celle du violet (Le violet est une couleur, composée d'un mélange de bleu (environ 50% de luminosité) et de rouge (environ 25% de luminosité) en synthèse additive, et d'un mélange de magenta...), courte[2] : voir spectre électromagnétique (Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement électromagnétique selon ses différentes composantes en terme de fréquence, d'énergie...).

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.

  • absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux...)
  • réfraction (En physique des ondes — notamment en optique, acoustique et sismologie — le phénomène de réfraction est la déviation d'une onde lorsque la vitesse de...)
  • réflexion
  • dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un milieu dispersif, c'est-à-dire dans lequel les différentes fréquences constituant l'onde...)
  • diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition »...)

Il en résulte que, selon la direction d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...), la répartition en fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence sans...) (le spectre) est différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie à l'aide de la trace, dans l'anneau des...) et la couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s)...) observée également.

  1. si l'on allonge encore cette onde, et donc que l'on diminue sa fréquence, on obtient de l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des...)
  2. si l'on raccourcit encore cette onde, et donc qu'on augmente sa fréquence, on obtient de l'ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière visible et celle des rayons X.)

Image:Spectre des couleurs.png

Effet de l'épaisseur de l'atmosphère

Coucher de soleil à Mimizan
Coucher de soleil (Le coucher de soleil est le moment auquel le Soleil disparaît derrière l'horizon, dans la direction de l'Ouest. Il s'agit d'un phénomène quotidien causé par la...) à Mimizan

L'effet de la dispersion sur la coloration du soleil est plus marqué près de l'horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se décline en physique, philosophie, littérature, et bien d'autres...) qu'au zénith : la lumière a alors un plus long trajet à travers l'atmosphère et rencontre donc plus de particules.

Ainsi, la couleur du ciel est variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule,...) 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.

Ciel au-dessus du mont Everest (en altitude)
Ciel au-dessus du mont Everest (EVEREST (anciennement AIDA32 racheté par Lavalys fin décembre 2003), est un logiciel en français qui affiche de nombreuses informations détaillées à...) (en altitude)

De même, en altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la répartition...), où l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de...) 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 (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité du...) plus "profond".

Effets de la composition de l'atmosphère

La luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) 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 ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de particule. En géomorphologie, la suspension est un mode de transport des sédiments. Le fait de suspendre un objet En...). 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 (La diffusion Rayleigh est un mode de diffusion des ondes (par exemple électromagnétiques ou sonores) dont la longueur d'onde est très supérieure à la taille des particules diffusantes. On parle de...) indique même que le ciel devrait être vu violet. De plus, la loi du corps noir (En physique, un corps noir désigne un objet idéal dont le spectre électromagnétique ne dépend que de sa température. En pratique, un tel objet...) affirme que le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) 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 (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) du vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé cône M, dont la bande passante...), 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 (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) 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 (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) que dans le désert (Le mot désert désigne aujourd’hui une zone stérile ou peu propice à la vie, en raison du sol impropre, ou de la faiblesse des précipitations (moins de 250 mm par an).). Lorsque la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur...) d'eau fait apparaître des gouttes (nuages, brouillard), elles absorbent et diffusent la lumière incidente ; peu nombreuses, leur effet est surtout de diffusion et rend la voûte (Une voûte (ou voute) est un élément architectural de couvrement intérieur d'un édifice présentant un intrados. La voûte travaille comme un arc et son...) 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.

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