Levez les yeux un jour de soleil. Le ciel est bleu. Il y a dix mille ans, les gens le savaient aussi. Mais voici une chose étrange : pendant presque toute l’histoire, personne ne pouvait dire pourquoi. Même des personnes très intelligentes se sont trompées.
Dans cet article, nous allons poser quelques questions simples sur les couleurs autour de nous. Pourquoi le ciel est-il bleu ? Pourquoi n’est-il pas violet ? Pourquoi le coucher de soleil est-il rouge ? Pourquoi les nuages sont-ils blancs ? Et de quelle couleur est le ciel sur d’autres mondes ? Les réponses sont faciles à comprendre, et certaines sont une vraie surprise.
D’abord, un secret de la lumière du soleil
La lumière du soleil nous paraît blanche ou jaune. Mais ce n’est pas une seule couleur. C’est un mélange de beaucoup de couleurs : rouge, orange, jaune, vert, bleu et violet. Le violet est un pourpre foncé.
Le scientifique anglais Isaac Newton l’a montré dans les années 1660. Il était dans une chambre sombre. Il a laissé entrer une fine ligne de lumière par un petit trou. Ensuite, il a placé un prisme devant la lumière. Un prisme est un morceau de verre à trois côtés. La lumière blanche est entrée dans le verre, et une ligne de couleurs est sortie de l’autre côté. Sur le mur, on aurait dit un arc-en-ciel.
Vous pouvez voir ce secret vous-même. Un arc-en-ciel dans le ciel fonctionne de la même façon. Mais cette fois, les « prismes » sont des millions de toutes petites gouttes de pluie.
La lumière voyage comme une vague sur la mer. Certaines couleurs ont des ondes longues, et d’autres ont des ondes courtes. La lumière rouge a les ondes les plus longues. La lumière bleue et la lumière violette ont les ondes les plus courtes. Retenez bien cela. C’est la clé de tout cet article.
Pourquoi le ciel est-il bleu ?
L’air autour de nous n’est pas vide. Il est plein de choses très, très petites qu’on appelle des molécules. La plupart sont des molécules de deux gaz : l’azote et l’oxygène. On ne peut pas les voir.
Quand la lumière du soleil arrive sur la Terre, elle touche ces molécules. Les molécules envoient une partie de la lumière dans toutes les directions : vers le haut, vers le bas, à gauche et à droite. Les scientifiques appellent cela la diffusion.
Voici la partie importante. Les molécules ne diffusent pas toutes les couleurs de la même façon. Elles diffusent les ondes courtes beaucoup plus que les ondes longues. La lumière bleue a des ondes courtes, alors l’air diffuse beaucoup de lumière bleue. La lumière rouge a des ondes longues, alors elle traverse presque entièrement l’air tout droit.
L’air diffuse la lumière bleue environ cinq fois plus que la lumière rouge.
Alors la lumière bleue va partout dans le ciel. Elle arrive à vos yeux de toutes les directions. Quand vous regardez en haut, vous voyez de la lumière bleue qui vient de tout le ciel. C’est pour cela que tout le ciel paraît bleu.
Le scientifique britannique lord Rayleigh l’a expliqué en 1871. Aujourd’hui, les scientifiques l’appellent encore la « diffusion Rayleigh ».
Mais voici une bonne question. La lumière violette a des ondes encore plus courtes que la lumière bleue. Donc l’air diffuse la lumière violette encore plus que la bleue. Alors pourquoi le ciel n’est-il pas violet ?
Il y a trois raisons.
- Le Soleil nous envoie moins de lumière violette que de lumière bleue.
- Une partie de la lumière violette s’arrête très haut dans le ciel. Elle ne descend pas jusqu’à nous.
- Nos yeux ne voient pas très bien le violet. Ils voient beaucoup mieux le bleu.
Il y a donc un peu de violet dans le ciel, mais nos yeux mélangent tout, et nous voyons du bleu clair. La couleur du ciel ne dépend pas seulement de l’air. Elle dépend aussi de nos yeux.
Pourquoi les couchers de soleil sont-ils rouges et orange ?
À midi, le Soleil est haut au-dessus de vous. Sa lumière descend dans l’air sur une ligne courte. Mais le soir, le Soleil est bas. Sa lumière arrive de côté. Maintenant, elle doit traverser beaucoup plus d’air, plusieurs fois plus qu’à midi.
Pendant ce long voyage, l’air diffuse presque toute la lumière bleue. Elle part dans d’autres directions et n’arrive jamais à vos yeux. Qu’est-ce qui reste ? Les ondes longues : le rouge, l’orange et le jaune. C’est pour cela que le Soleil et le ciel près de lui paraissent rouges et orange.
La poussière et la fumée peuvent rendre les couchers de soleil encore plus rouges. En 1883, un volcan appelé le Krakatoa, en Indonésie, a explosé. Il a envoyé un énorme nuage de poussière très haut dans le ciel. Pendant de longs mois, les gens du monde entier ont vu des couchers de soleil très rouges et très beaux.
Pourquoi les nuages sont-ils blancs ?
Les nuages sont faits de toutes petites gouttes d’eau ou de petits morceaux de glace. Ces gouttes sont petites, mais elles sont beaucoup plus grandes que les molécules de l’air.
Les choses plus grandes diffusent la lumière d’une autre façon. Elles ne choisissent pas le bleu. Elles diffusent toutes les couleurs de la même façon : le rouge, le vert, le bleu et toutes les autres. Et qu’est-ce qu’on obtient quand on mélange toutes les couleurs ? Le blanc ! C’est pour cela que les nuages sont blancs.
Mais certains nuages sont gris foncé. Pourquoi ? Un grand nuage de pluie est très épais. Il peut faire plusieurs kilomètres de haut. La lumière entre par le haut du nuage, mais très peu de lumière sort par le bas. Alors, quand vous êtes sous le nuage, il paraît gris ou même noir. C’est la même eau blanche, mais dans l’ombre.
Pourquoi la mer est-elle bleue ?
Beaucoup de gens pensent que la mer est bleue parce qu’elle reflète le ciel bleu, comme un miroir. C’est vrai en partie. Un jour gris, la mer paraît souvent grise aussi.
Mais il y a une autre raison, et c’est une surprise. L’eau elle-même a une couleur bleue très claire. L’eau prend, ou absorbe, un peu de lumière rouge. Dans un verre d’eau, on ne peut pas le voir. Il n’y a pas assez d’eau. Mais dans la mer, la lumière traverse beaucoup de mètres d’eau. L’eau absorbe de plus en plus de lumière rouge. La lumière bleue reste. C’est pour cela que l’eau profonde et propre paraît bleue, même sous un ciel gris.
Les plongeurs le savent très bien. À dix mètres sous la mer, les choses rouges ne paraissent plus rouges. Elles paraissent marron ou sombres. La lumière rouge ne peut pas descendre aussi profond.
De quelle couleur est le ciel sur d’autres mondes ?
Notre ciel bleu vient de notre air. Alors, que se passe-t-il dans un endroit sans air ? La réponse est la Lune. La Lune n’a presque pas d’air. Il n’y a donc rien pour diffuser la lumière du soleil. Sur la Lune, le ciel est noir, même en plein jour ! Les astronautes des missions Apollo ont marché sur la Lune entre 1969 et 1972. Ils ont vu un Soleil brillant dans un ciel noir.
La planète Mars est encore plus étrange. Mars a un air très fin et beaucoup de poussière rouge. Cette poussière vole très haut dans le ciel. Pendant la journée, la poussière donne au ciel de Mars une couleur jaune-brun, comme le caramel. Mais au coucher du soleil, le ciel près du Soleil devient bleu. Les robots de la NASA sur Mars ont pris des photos de ces couchers de soleil bleus. Sur Mars, c’est donc le contraire de la Terre : le ciel de jour n’est pas bleu, mais le coucher de soleil, si.
Petites questions, grandes idées
« Pourquoi le ciel est-il bleu ? » ressemble à une question de petit enfant. Mais pour y répondre, il faut comprendre la lumière du soleil, les ondes, l’air, nos yeux et même d’autres planètes. Un ciel bleu, un coucher de soleil rouge, un nuage blanc et une mer bleue viennent tous d’une seule idée simple : la lumière rencontre quelque chose sur son chemin, et certaines couleurs partent pendant que d’autres restent.
La prochaine fois que vous regardez le ciel, essayez de vous en souvenir. Le bleu au-dessus de vous, c’est de la lumière du soleil qui a touché des milliards de toutes petites molécules. Et voici une dernière question à laquelle réfléchir : si vous pouviez choisir, sous quel ciel de quelle couleur aimeriez-vous vivre ?
