Chaque enfant sur Terre dessine le Soleil en jaune. Les boîtes de crayons en témoignent, les emoji soleil aussi. Or, les astronautes à bord de l’ISS racontent une tout autre histoire : ceux qui observent le Soleil depuis l’ISS le décrivent blanc et éclatant. Ce n’est pas une question de perception subjective ou de fatigue oculaire. C’est de la physique pure.

Sommaire

1. L’atmosphère, filtre invisible qui nous trompe depuis toujours
2. Blanc, pas jaune : ce que dit vraiment la physique
3. Mars et la Lune : les preuves venues d’ailleurs
4. Pourquoi ce malentendu dure depuis des siècles

L’atmosphère, filtre invisible qui nous trompe depuis toujours

Le ciel nous apparaît bleu car les particules qui le composent diffusent, c’est-à-dire renvoient dans toutes les directions, majoritairement la composante bleue du rayonnement solaire. Ce phénomène porte un nom : la diffusion de Rayleigh. En 1871, John William Strutt Rayleigh fournit une explication de la couleur du ciel en la reliant à la diffusion de la lumière par les molécules d’air. Le mécanisme est d’une logique implacable : l’intensité diffusée est inversement proportionnelle à la puissance 4 de la longueur d’onde du rayonnement incident. La diffusion de Rayleigh est par conséquent un phénomène sélectif qui se produit surtout pour les longueurs d’onde les plus courtes du spectre, soit le violet et le bleu.

Résultat concret ? Vu du sol, la lumière bleue nous arrive de partout, de tout le ciel, et le jaune/rouge nous provient seulement de l’endroit où apparaît le Soleil. Le ciel nous apparaît donc bleu et le Soleil davantage jaune que blanc. Les deux phénomènes sont les deux faces d’une même pièce : le bleu que perd le Soleil en traversant l’atmosphère est exactement le bleu que gagne le ciel. Ce que nous voyons comme deux choses distinctes (un ciel bleu, un soleil jaune) est en réalité un seul et même transfert de lumière.

L’effet s’accentue dramatiquement à l’aube et au coucher du soleil. Au fur et à mesure que le Soleil s’abaisse vers l’horizon, les rayons qui parviennent directement jusqu’à nous sans être diffusés doivent traverser une épaisseur d’atmosphère croissante, de 8 km lorsque le Soleil est au zénith jusqu’à plusieurs dizaines de km juste avant son coucher. La lumière qui nous parvient quand on regarde directement vers le Soleil s’appauvrit donc en violet et en bleu, et s’enrichit ainsi relativement en orange et rouge. D’où ces couchers de soleil orangés qui font rêver les photographes, et qui ne sont, physiquement parlant, qu’un Soleil encore plus « filtré » qu’en plein midi.

Blanc, pas jaune : ce que dit vraiment la physique

Par le modèle du corps noir, la température de surface du Soleil est estimée à 5700-5900 K. La lumière solaire est blanche, de spectre continu, jusqu’à ce qu’elle traverse l’atmosphère de l’étoile. Un corps aussi chaud émet dans toutes les longueurs d’onde visibles à la fois, ce qui produit une lumière blanche par définition. Depuis l’espace, le Soleil nous apparaîtrait, si nous pouvions le regarder en face, d’une couleur blanche légèrement bleutée.

Il y a pourtant une subtilité que peu de gens connaissent, et qui réserve une surprise. Il y a une confusion tenace à démêler ici. Le maximum d’intensité du Soleil se situe entre 500 et 550 nanomètres, soit dans les longueurs d’onde de la couleur verte. Techniquement, si l’on ne cherchait que le pic d’émission, notre étoile serait une « naine verte ». Mais le cerveau humain n’est pas un spectromètre. Il additionne toutes les longueurs d’onde reçues, produisant la sensation de blanc. Le vert ne « ressort » pas parce qu’il est noyé dans l’ensemble du spectre.

Voilà pourquoi le terme astronomique de « naine jaune », qui désigne officiellement notre étoile, prête à confusion. La classification spectrale des étoiles a été établie bien avant que quiconque ne sorte de l’atmosphère terrestre. Elle est fondée sur des observations faites depuis le sol, avec tous les biais que cela implique. Le terme « naine jaune » n’est qu’un terme, dont le choix n’a pas été nécessairement rationnel. Les astronomes ont baptisé notre étoile d’après ce qu’ils voyaient depuis leur jardin, pas depuis l’orbite.

Mars et la Lune : les preuves venues d’ailleurs

La preuve la plus élégante ne vient pas de l’ISS, mais d’une planète voisine. L’atmosphère martienne ne diffuse pas les couleurs car elle est surtout composée de grosses molécules de CO2, bien moins nombreuses que les molécules d’air dans notre atmosphère. Le résultat ? L’inverse exact de ce que nous connaissons sur Terre. Sur Mars, le Soleil apparaît blanc à midi, puis vire au bleuté au coucher. L’inverse exact de ce que nous voyons depuis la Terre, parce que l’atmosphère martienne, fine et chargée en poussières d’oxyde de fer, inverse les règles du jeu de la diffusion. Les images du rover Curiosity l’ont montré avec une netteté saisissante : le 15 avril 2015, notre étoile apparaissait diaphane dans un ciel d’un bleu métallique qui tranchait avec les tons orangés du jour martien.

Lors des missions Apollo, les astronautes ont rapporté que le ciel vu depuis la surface lunaire était totalement noir, malgré le Soleil brillant dans le ciel, simplement parce que la Lune n’a pas d’atmosphère. Sur la Lune, la lumière solaire tombe blanche et crue, sans la moindre dispersion. La teinte constatée depuis la surface lunaire est une température de couleur blanche et froide, comme le soleil en été au zénith à midi. Un ciel noir, un soleil blanc aveuglant : voilà le paysage chromatique réel de notre système solaire, sans le filtre confortable de l’air.

Pourquoi ce malentendu dure depuis des siècles

La perception humaine est construite pour fonctionner dans les conditions de l’atmosphère terrestre. Nos yeux ne voient jamais le Soleil « brut » : ils l’ont toujours vu à travers des kilomètres de molécules filtrantes. C’est l’atmosphère, grâce aux molécules qu’elle contient, qui diffuse et rend visible la lumière. D’ailleurs, l’espace apparaît noir dès que l’on sort de l’atmosphère terrestre. Pas de diffusion, pas de ciel bleu, pas de soleil jauni. Juste le vide, l’obscurité et un disque blanc d’une intensité qui nécessite des filtres spéciaux pour être regardé.

Il reste un détail intéressant à creuser pour les curieux : l’effet n’est pas uniformément réparti selon les endroits sur Terre. En haute altitude, là où l’épaisseur d’atmosphère traversée diminue, le Soleil tire déjà plus vers le blanc. Les alpinistes au sommet du Mont-Blanc, à 4 807 m, voient un Soleil sensiblement plus blanc et plus agressif qu’en plaine, non pas parce qu’il a changé, mais parce qu’il y a moins d’air entre eux et lui. La couleur du ciel est bien expliquée par la théorie de Rayleigh, mais, en altitude, l’intensité de la lumière diffusée décroît beaucoup plus rapidement que la quantité de gaz diffusant. Le ciel est sombre dans la stratosphère. Un avant-goût de l’espace, accessible sans fusée.

Sources : trustmyscience.com | gap47.astrosurf.com