Au coucher du Soleil, son dernier bord peut sembler s’allumer en vert pendant une ou deux secondes. Ce « rayon vert » n’est pas une lumière nouvelle émise par l’astre : c’est un bref effet de la façon dont l’atmosphère dévie et disperse sa lumière, rendu visible par un horizon dégagé et des conditions favorables.
Pourquoi le Soleil change-t-il d’apparence près de l’horizon ?
La lumière solaire blanche rassemble plusieurs couleurs, associées à différentes longueurs d’onde. En traversant l’atmosphère, elle ne suit pas exactement une ligne droite : elle est réfractée, c’est-à-dire déviée. Cette déviation varie légèrement selon la longueur d’onde. On parle de dispersion.
Lorsque le Soleil est bas, sa lumière traverse une plus grande épaisseur d’atmosphère que lorsqu’il est haut dans le ciel. Cette géométrie rend les effets de réfraction et de dispersion plus perceptibles près de l’horizon. Elle ne signifie pas que l’air devient plus dense parce que le trajet est long : c’est la lumière qui parcourt une plus grande distance dans l’atmosphère.
L’atmosphère agit alors un peu comme un prisme, mais l’image a ses limites. Un prisme sépare nettement les couleurs en les envoyant dans des directions différentes. Dans l’atmosphère, la dispersion est faible : les images colorées du Soleil restent très proches les unes des autres. Le phénomène se joue donc sur le bord de son disque et pendant un temps très court, plutôt que sous la forme d’un arc-en-ciel bien séparé.
Le vert n’est pas une nouvelle lumière du Soleil
À l’approche du coucher, la réfraction déplace légèrement l’image apparente du Soleil. Comme la déviation dépend de la couleur, les bords de son disque ne se superposent pas parfaitement. Dans certaines conditions, le dernier segment visible peut prendre une teinte verte. Le « rayon vert » désigne ainsi une apparence produite par le trajet de la lumière dans l’atmosphère, pas une émission verte particulière de l’astre.
La couleur observée dépend aussi de ce qui arrive à la lumière avant qu’elle ne parvienne à l’œil. Les couleurs ne traversent pas toutes l’atmosphère de la même manière : les composantes bleues sont notamment davantage diffusées. Le résultat perçu est donc lié à la réfraction, à la dispersion et aux conditions de visibilité, et non à un simple découpage de la lumière en bandes parfaitement nettes.
L’expression peut désigner plusieurs formes visuelles : une bordure colorée sur le sommet du Soleil ou une brève lueur distincte. Elle ne signifie pas toujours qu’un rayon isolé semble jaillir au-dessus du disque. La description dépend de la forme du phénomène et de ce que l’observateur peut distinguer à l’horizon.
Un phénomène réel, mais dépendant de l’observation
Un horizon lointain et dégagé facilite l’observation, car il laisse voir le Soleil jusqu’à son dernier bord apparent. Les nuages bas, le brouillard ou une atmosphère agitée peuvent masquer ou brouiller l’effet. La mer offre souvent une ligne d’horizon ouverte, mais le phénomène n’est pas réservé aux côtes : il peut aussi être observé au-dessus d’une terre plate, si la visibilité et les conditions atmosphériques s’y prêtent.
La stabilité de l’air compte également. Des couches d’air de températures différentes peuvent modifier la trajectoire de la lumière et parfois produire des images déformées ou superposées du Soleil. Une image publiée par la NASA montre ainsi, au-dessus de la baie de San Francisco, un coucher de Soleil avec un effet de double image attribué à de l’air chaud près du pont du Golden Gate. Cette observation illustre que les conditions locales peuvent compliquer la forme apparente du disque ; elle ne décrit pas à elle seule tous les rayons verts.
Il ne faut donc pas attendre un spectacle identique à chaque coucher de Soleil. La couleur peut être discrète, l’effet très bref, ou rien de visible ne se produire. Une photographie ou une vidéo peut rendre le phénomène plus facile à examiner, mais elle ne remplace pas une explication physique : le résultat dépend aussi de la prise de vue et du traitement de l’image.
Observer sans regarder le Soleil directement
La brièveté du rayon vert ne justifie pas de fixer le Soleil : son observation directe peut endommager les yeux, même au coucher. Les lunettes de soleil ordinaires ne protègent pas pour l’observation solaire. Ne regardez jamais le Soleil à travers des jumelles, un appareil photo ou un télescope sans filtre solaire adapté placé devant l’instrument.
Le rayon vert est ainsi une petite démonstration de la différence entre un objet et son image. Le Soleil ne change pas soudainement de couleur : c’est la lumière qui nous en parvient, après avoir traversé l’atmosphère, qui peut produire cette impression. L’observation est brève, mais le mécanisme relie des propriétés précises de la lumière à la géométrie de l’horizon et à l’état de l’air.
Références
- Pendant des siècles, les marins ont raconté avoir vu cet étrange phénomène en mer : ils disaient vrai ! — Futura
- APOD: 2015 December 2 - Golden Gate Sunset: Green Flash — NASA Science
Photographie : Vlad Podvorny — Wikimedia Commons — CC BY 2.0.
