Dipôle électromagnétique et ciel bleu
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Le détail des explications données ci-après sont disponibles sous la forme d'un énoncé de travaux dirigés dans ce document et sa correction.
Pourquoi le ciel est-il bleu ?
La couleur bleue du ciel nous est naturelle, et tant qu'il n'y a pas trop de nuages, chacun peut le vérifier. La réponse à la question du pourquoi est en revanche nettement moins évidente, et requiert quelques connaissances de physique.
Sur les photos prises par les astronautes des missions Apollo sur la Lune, le ciel n'apparaît pas bleu mais complètement noir. Ces photographies montrent bien que la couleur du ciel est liée à la présence d'une atmosphère sur notre planète.
Photographie couleur prise sur la Lune par l'un des astronautes de la mission Apollo 17 (NASA).
L'atmosphère terrestre est composée majoritairement de molécules de diazote (N₂) et de dioxygène (O₂). Les électrons de ces molécules vibrent sous l'influence de la lumière du soleil, et, à leurs tours, émettent un rayonnement électromagnétique de même fréquence. Ceci explique pourquoi le ciel n'est pas totalement noir, à cause de la diffusion de la lumière du soleil par les molécules d'air.
Ce phénomène n'est cependant pas efficace partout. En particulier, celà ne marche pas très bien pour les fréquences les plus faibles, celles que nous percevons comme rouges, mais c'est très efficace dans le violet. L'image suivante compare le spectre du soleil et celui diffusé par le ciel. Un tel spectre riche en fréquences élevées est perçu comme bleu par nos yeux.
Spectres du soleil (en haut) et spectre de la lumère diffusée par le ciel. On remarque une plus grande présence des petites longueurs d'ondes (fréquences élevées) dans le deuxième cas.
Ce phénomène peut être décrit de manière plus rigoureuse, avec un formalisme mathématique plus poussé. J'ai fait ce sujet de travaux dirigé dans cet objectif. Il requiert un niveau de connaissances en physique conséquent (équivalent L3), et la première partie est assez calculatoire, mais cela en vaut la peine ! La correction est également disponible, pour vérifier vos calculs.
Merci de me contacter si vous rencontrez des erreurs, des explications peu claires, ou tout autre problème.
