Grande question
Pourquoi le ciel est-il bleu, alors que l'espace est noir ?
Le ciel paraît bleu parce que l'atmosphère de la Terre diffuse la lumière bleue du Soleil bien plus que les autres couleurs et l'étale sur tout le ciel. L'espace paraît noir parce qu'il n'y a presque pas d'air pour diffuser la lumière : à part les étoiles et quelques autres sources lumineuses, il n'y a rien à éclairer.
Du bleu diffusé dans tout le ciel
La lumière du Soleil semble blanche, mais elle contient en réalité toutes les couleurs de l'arc-en-ciel, chacune voyageant comme une onde de longueur différente. Quand elle entre dans l'atmosphère terrestre, elle percute de minuscules molécules d'azote et d'oxygène, et ce choc renvoie une partie de la lumière dans des directions au hasard : c'est ce qu'on appelle la diffusion. Les longueurs d'onde courtes, surtout le bleu et le violet, sont bien plus facilement diffusées par ces petites molécules que les longueurs d'onde plus grandes comme le rouge et l'orange. Le physicien Lord Rayleigh a été le premier à bien expliquer ce phénomène : on parle donc souvent de diffusion Rayleigh. Nos yeux sont plus sensibles au bleu qu'au violet, alors la lumière diffusée qui nous parvient de toutes les directions du ciel nous apparaît de ce bleu si familier, et non violette.
Pas d'air, pas de diffusion
L'espace est presque un vide total : il ne contient quasiment aucune molécule de gaz, surtout une fois qu'on a dépassé la fine atmosphère de la Terre. Sans molécules sur lesquelles rebondir, rien ne diffuse la lumière dans des directions au hasard comme le fait notre atmosphère : la lumière du Soleil file donc tout droit, à moins de rencontrer quelque chose de solide, une planète, une lune ou un vaisseau spatial. C'est exactement pour cela que les astronautes, même en plein soleil, voient autour d'eux un ciel complètement noir dès qu'ils sortent de l'atmosphère, avec seulement le Soleil, la Lune, les planètes et les étoiles qui brillent comme de petits points nets dans l'obscurité.
Pourquoi les couchers de soleil virent au rouge et à l'orange
La même diffusion qui rend le ciel bleu en pleine journée explique aussi pourquoi les couchers et les levers de soleil s'embrasent souvent de rouge et d'orange. Quand le Soleil est bas, près de l'horizon, sa lumière doit traverser une couche d'atmosphère bien plus longue et bien plus épaisse pour arriver jusqu'à tes yeux qu'à midi, quand il est au-dessus de ta tête. Sur ce long trajet, presque toute la lumière bleue est diffusée ailleurs avant de pouvoir t'atteindre directement, et ce sont surtout les couleurs de grande longueur d'onde, les rouges, les oranges et les roses, qui continuent tout droit jusqu'à tes yeux. C'est aussi pour cela que le ciel peut paraître particulièrement flamboyant après une éruption volcanique ou lors d'une journée poussiéreuse, quand des particules supplémentaires en suspension diffusent encore plus de lumière.
À toi d'essayer
Verse quelques gouttes de lait dans un verre d'eau et, dans une pièce sombre, éclaire-le sur le côté avec une lampe de poche. Vue de côté, l'eau laiteuse doit tirer légèrement sur le bleu, mais le faisceau paraît plutôt orange ou rougeâtre quand tu regardes droit à travers : exactement comme les couleurs du ciel et du coucher de soleil.
Les questions que posent les enfants
Pourquoi le ciel paraît-il noir depuis l'espace au lieu d'être bleu ?
Le ciel paraît noir depuis l'espace parce qu'il n'y a presque pas d'air là-haut pour diffuser la lumière du Soleil et l'étaler sur tout le ciel comme le fait l'atmosphère terrestre. Sans molécules d'air pour renvoyer la lumière, l'espace reste sombre, à part les étoiles, les planètes et les autres sources de lumière directe.
Qu'est-ce que la diffusion Rayleigh ?
La diffusion Rayleigh, c'est le phénomène par lequel les minuscules molécules de gaz de l'atmosphère diffusent les longueurs d'onde courtes, comme le bleu, beaucoup plus que les longues, comme le rouge. C'est la raison principale pour laquelle le ciel de jour paraît bleu plutôt que blanc ou incolore.
Pourquoi le ciel est-il orange ou rouge au coucher du soleil ?
Au coucher du soleil, la lumière traverse une bien plus grande épaisseur d'atmosphère avant d'arriver jusqu'à tes yeux : presque tout le bleu est diffusé ailleurs en chemin. Il reste surtout du rouge, de l'orange et du rose pour t'atteindre directement.