Pourquoi le ciel est bleu?

Le ciel est bleu par une journée ensoleillée, mais rouge ou orange au lever et au coucher du soleil. Les différentes couleurs sont causées par la diffusion de la lumière dans l'atmosphère terrestre. Voici une expérience simple que vous pouvez faire pour voir comment cela fonctionne:

Blue Sky - Red Sunset Materials

Vous n'avez besoin que de quelques matériaux simples pour ce projet météo:

• Eau
• Lait
• Récipient transparent à côtés parallèles plats
• Lampe de poche ou lampe de téléphone portable

Un petit aquarium rectangulaire fonctionne bien pour cette expérience. Essayez un réservoir de 2 1/2 gallons ou 5 gallons. Tout autre récipient en verre ou en plastique transparent carré ou rectangulaire fonctionnera.

Mener l'expérience

1. Remplissez le récipient avec environ 3/4 plein d'eau. Allumez la lampe de poche et maintenez-la à plat contre le côté du récipient. Vous ne pourrez probablement pas voir le faisceau de la lampe de poche, bien que vous puissiez voir des étincelles lumineuses où la lumière frappe la poussière, les bulles d'air ou d'autres petites particules dans l'eau. Cela ressemble beaucoup à la façon dont la lumière du soleil se déplace dans l'espace.
2. Ajoutez environ 1/4 tasse de lait (pour un récipient de 2 1/2 gallons, augmentez la quantité de lait pour un récipient plus grand). Incorporer le lait dans le récipient pour le mélanger avec de l'eau. Maintenant, si vous dirigez la lampe de poche contre le côté du réservoir, vous pouvez voir le faisceau de lumière dans l'eau. Les particules du lait diffusent la lumière. Examinez le récipient de tous les côtés. Remarquez que si vous regardez le conteneur de côté, le faisceau de la lampe de poche est légèrement bleu, tandis que l'extrémité de la lampe de poche apparaît légèrement jaune.
3. Incorporer plus de lait dans l'eau. Lorsque vous augmentez le nombre de particules dans l'eau, la lumière de la lampe de poche est plus fortement diffusée. Le faisceau apparaît encore plus bleu, tandis que le chemin du faisceau le plus éloigné de la lampe de poche passe du jaune à l'orange. Si vous regardez la lampe de poche de l'autre côté du réservoir, il semble qu'elle soit orange ou rouge, plutôt que blanche. Le faisceau semble également s’étendre lorsqu’il traverse le conteneur. L'extrémité bleue, où il y a des particules diffusant la lumière, est comme le ciel par temps clair. La fin orange est comme le ciel près du lever ou du coucher du soleil.

Comment ça fonctionne

La lumière se déplace en ligne droite jusqu'à ce qu'elle rencontre des particules qui la dévient ou la diffusent. Dans l'air ou l'eau pure, vous ne pouvez pas voir un faisceau de lumière et il se déplace le long d'un chemin droit. Lorsqu'il y a des particules dans l'air ou dans l'eau, comme de la poussière, des cendres, de la glace ou des gouttelettes d'eau, la lumière est diffusée par les bords des particules.

Le lait est un colloïde qui contient de minuscules particules de graisse et de protéines. Mélangées à l'eau, les particules diffusent la lumière comme la poussière disperse la lumière dans l'atmosphère. La lumière est diffusée différemment, selon sa couleur ou sa longueur d'onde. La lumière bleue est la plus diffusée, tandis que la lumière orange et rouge est la moins diffusée. Regarder le ciel de jour, c'est comme regarder un faisceau de lampe de poche de côté - vous voyez la lumière bleue dispersée. Regarder le lever ou le coucher du soleil, c'est comme regarder directement dans le faisceau de la lampe de poche - vous voyez la lumière qui n'est pas diffusée, qui est orange et rouge.

Qu'est-ce qui différencie le lever et le coucher du soleil du ciel diurne? C'est la quantité d'atmosphère que la lumière du soleil doit traverser avant d'atteindre vos yeux. Si vous considérez l'atmosphère comme un revêtement recouvrant la Terre, la lumière du soleil à midi traverse la partie la plus mince du revêtement (qui contient le moins de particules). La lumière du soleil au lever et au coucher du soleil doit prendre un chemin latéral vers le même point, à travers beaucoup plus de «revêtement», ce qui signifie qu'il y a beaucoup plus de particules qui peuvent diffuser la lumière.

Alors que plusieurs types de diffusion se produisent dans l'atmosphère terrestre, la diffusion de Rayleigh est principalement responsable du bleu du ciel diurne et de la teinte rougeâtre du soleil levant et couchant. L'effet Tyndall entre également en jeu, mais ce n'est pas la cause de la couleur du ciel bleu car les molécules dans l'air sont plus petites que les longueurs d'onde de la lumière visible.

Sources

• Smith, Glenn S. (2005). "La vision des couleurs humaines et la couleur bleue insaturée du ciel diurne". Journal américain de physique. 73 (7): 590-97. doi: 10.1119 / 1.1858479
• Young, Andrew T. (1981). "Rayleigh scattering". Optique appliquée. 20 (4): 533-5. doi: 10.1364 / AO.20.000533