Réfraction atmosphérique : 5 façons étonnantes de transformer le ciel
La réfraction atmosphérique est la déviation de la lumière par l’atmosphère terrestre, qui peut modifier l’apparence des astres près de l’horizon. Elle peut, par exemple, donner à la Lune un aspect aplati ou nous permettre de voir le Soleil alors qu’il est géométriquement sous l’horizon.
Envie de le constater vous-même ? Utilisez le calendrier de Sky Tonight pour savoir quand et où le Soleil ou la Lune se lèveront ou se coucheront depuis votre position, puis cherchez ces effets près de l’horizon. Voyons ce qui provoque la réfraction atmosphérique et cinq façons étonnantes dont elle transforme le ciel, des soleils couchants aplatis à l’insaisissable rayon vert.
Contenu
- 1. Le Soleil aplati
- 2. Un lever du Soleil plus tôt et un coucher plus tard
- 3. La Lune aplatie
- 4. Des étoiles décalées
- 5. Le rayon vert
- Comment fonctionne la réfraction atmosphérique ?
Réfraction atmosphérique : questions fréquentes
- La réfraction atmosphérique fait-elle scintiller les étoiles ?
- La réfraction atmosphérique fait-elle paraître le Soleil plus gros ?
- La réfraction atmosphérique peut-elle rendre visible un objet sous l’horizon ?
- La réfraction atmosphérique est-elle plus forte en hiver ?
- Pourquoi le Soleil ne se lève-t-il ou ne se couche-t-il pas toujours à l’heure prévue ?
- La réfraction atmosphérique change-t-elle la couleur du Soleil ou de la Lune ?
- Pourquoi la Lune ne disparaît-elle pas pendant une éclipse lunaire totale ?
- La réfraction atmosphérique existe-t-elle dans l’espace ?
- La réfraction atmosphérique soutient-elle la théorie de la Terre plate ?
- Réfraction atmosphérique : l’essentiel à retenir
1. Le Soleil aplati
L’un des moyens les plus simples de reconnaître la réfraction atmosphérique consiste à regarder des photos du Soleil couchant. Au lieu d’un cercle parfait, il peut ressembler à un ovale aplati. Cela vient du fait que la lumière du bord inférieur du Soleil est davantage réfractée que celle du bord supérieur.
Lorsque le Soleil approche de l’horizon, la lumière de son bord inférieur traverse des couches atmosphériques plus denses, sur un trajet qui produit une réfraction plus importante. Le bord inférieur est donc décalé vers le haut davantage que le bord supérieur. Le diamètre vertical apparent du Soleil diminue ainsi, tandis que son diamètre horizontal reste presque inchangé.
L’effet peut devenir particulièrement spectaculaire lorsque les couches d’air proches de l’horizon ont des températures très différentes. Ces écarts dévient la lumière solaire de manière inégale et peuvent donner au disque solaire un aspect étiré, découpé en segments, voire dédoublé.
Un exemple particulièrement intéressant est le Soleil oméga, lorsque le Soleil couchant ressemble à la lettre grecque Ω. La réfraction atmosphérique crée alors une image inversée du Soleil sous le disque réel, et les deux semblent se rejoindre près de l’horizon.
À vous d’essayer : Comparez une photo du Soleil près de l’horizon à une autre prise lorsqu’il est plus haut dans le ciel. La différence de forme peut être étonnamment nette. Pour photographier ou observer le Soleil, utilisez toujours des filtres solaires adaptés et des méthodes d’observation sûres.
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2. Un lever du Soleil plus tôt et un coucher plus tard
Voici un fait surprenant : lorsque vous apercevez le premier bord du Soleil à son lever, le disque entier peut encore se trouver géométriquement sous l’horizon. La réfraction atmosphérique courbe la lumière et fait paraître le Soleil plus haut qu’il ne l’est réellement. Le même effet se produit au coucher : le Soleil reste visible alors que sa position géométrique est déjà passée sous l’horizon.
Dans de rares cas, cet effet peut être spectaculaire. L’effet Nouvelle-Zemble, rapporté par des explorateurs de l’Arctique en 1597, en est un exemple. Une forte inversion de température, avec de l’air plus chaud au-dessus d’un air froid près du sol, peut courber la lumière solaire le long de la courbure terrestre. Le Soleil devient alors visible avant la fin habituelle de la nuit polaire. Il peut aussi sembler anormalement étiré ou divisé en bandes horizontales.
À vous d’essayer : Placez une pièce au fond d’une tasse vide et opaque. Abaissez les yeux jusqu’à ce que le bord de la tasse cache entièrement la pièce. Sans bouger la tête, versez lentement de l’eau. La pièce réapparaît progressivement ! Sa lumière est déviée en passant de l’eau à l’air et atteint vos yeux, même si le bord bloque toujours la vue directe. De façon comparable, l’atmosphère terrestre courbe la lumière solaire et rend le Soleil visible alors qu’il est déjà sous l’horizon.
De combien la réfraction atmosphérique allonge-t-elle le jour ?
La réfraction atmosphérique fait paraître le Soleil se lever quelques minutes plus tôt et se coucher quelques minutes plus tard que si la Terre n’avait pas d’atmosphère. La différence exacte dépend de la latitude, de la saison et des conditions atmosphériques.
Autre détail important : le lever et le coucher du Soleil sont définis par l’apparition ou la disparition de son bord supérieur à l’horizon, et non de son centre.
Les calculs astronomiques tiennent généralement compte de deux effets :
- Réfraction atmosphérique : Environ 34′ près de l’horizon.
- Rayon apparent du Soleil : Environ 16′.
Ensemble, ils expliquent pourquoi le lever et le coucher sont habituellement calculés lorsque le centre géométrique du Soleil se trouve à environ 50′ (0,83°) sous l’horizon.
Cela explique aussi une particularité des équinoxes. On les décrit souvent comme des journées de 12 heures de lumière et 12 heures d’obscurité, mais dans la plupart des lieux, le jour dure en réalité un peu plus de 12 heures. La réfraction maintient le Soleil visible plus longtemps, et la définition du lever et du coucher par son bord supérieur ajoute encore de la lumière à la journée.
3. La Lune aplatie
La Lune est elle aussi un excellent objet pour observer la réfraction atmosphérique. Quand la Pleine Lune se lève ou se couche, elle semble parfois nettement aplatie, surtout au niveau de son bord inférieur.
L’explication est la même que pour le Soleil : la partie inférieure de la Lune est davantage décalée vers le haut que sa partie supérieure. Les conditions atmosphériques peuvent aussi donner au bord lunaire un aspect ondulé, irrégulier ou très déformé.
À vous d’essayer : Choisissez un lieu où l’horizon est bien dégagé et observez la Pleine Lune à son lever ou à son coucher. Cherchez une forme légèrement aplatie ou des bords irréguliers. En montant dans le ciel, le disque lunaire devrait devenir plus rond et moins déformé.
La réfraction atmosphérique fait-elle paraître la Lune plus grosse ?
Non ! C’est l’une des idées reçues les plus courantes sur la réfraction atmosphérique.
La Lune paraît souvent énorme près de l’horizon, surtout au-dessus de bâtiments, d’arbres ou de montagnes. Pourtant, ce phénomène, appelé illusion lunaire, est principalement lié à la manière dont notre cerveau interprète les informations visuelles.
La réfraction atmosphérique ordinaire n’agrandit pas la Lune. Elle comprime seulement un peu son diamètre vertical près de l’horizon. La prochaine fois que la Lune vous semblera gigantesque, rappelez-vous : sa grande taille apparente est surtout une illusion, mais sa forme aplatie est un véritable effet atmosphérique.
À vous d’essayer : Photographiez la Pleine Lune peu après son lever, puis reprenez une photo plus tard dans la même nuit, lorsqu’elle est plus haute. Gardez le même appareil et la même focale, puis comparez les diamètres horizontal et vertical sans redimensionner les images. Dans des conditions ordinaires, la largeur reste presque identique, tandis que la hauteur est plus faible près de l’horizon. L’aplatissement révèle la réfraction ; la largeur presque inchangée montre que l’impression familière d’une Lune géante à l’horizon est une illusion.
4. Des étoiles décalées
À cause de la réfraction atmosphérique, les étoiles paraissent légèrement plus hautes que leurs positions géométriques. L’effet est maximal près de l’horizon, où une étoile peut même rester visible alors qu’elle se trouve déjà géométriquement en dessous.
Ce décalage est généralement trop faible pour modifier sensiblement la forme familière des constellations, mais il compte pour les mesures astronomiques précises.
La réfraction atmosphérique peut aussi modifier légèrement l’écart angulaire apparent entre des astres lors de conjonctions, surtout s’ils se trouvent à des hauteurs différentes. Elle peut également affecter les observations précises d’occultations.
5. Le rayon vert
L’un des effets les plus fascinants associés à la réfraction atmosphérique est le rayon vert : une brève apparition de lumière verte au bord supérieur du Soleil, parfois visible au lever ou au coucher.
Le rayon vert ressemble rarement à l’éclat spectaculaire que vous avez peut-être vu dans Pirates des Caraïbes. Le plus souvent, il apparaît comme une petite tache verte ou une bande détachée du bord supérieur du Soleil. Les formes courantes durent environ une ou deux secondes, même si certaines formes rares peuvent durer jusqu’à environ 15 secondes.
Bien que les rayons verts soient surtout associés au Soleil, ils peuvent aussi apparaître au bord de la Lune et de planètes brillantes comme Vénus et Mercure. Ces éclats sont beaucoup plus difficiles à observer, mais ils ont été photographiés.
Pourquoi le rayon vert se produit-il ?
La lumière solaire contient différentes couleurs, et l’atmosphère terrestre dévie chacune d’elles d’une quantité légèrement différente. Les courtes longueurs d’onde, comme le bleu et le vert, sont davantage réfractées que les grandes longueurs d’onde du rouge. Cette séparation des couleurs liée aux différences de réfraction s’appelle la dispersion atmosphérique.
Au coucher du Soleil, les lumières rouge et jaune disparaissent d’abord sous l’horizon, car elles sont moins réfractées. Le vert est davantage dévié et peut rester visible un instant de plus. Le bleu et le violet sont encore plus réfractés, mais la majeure partie de cette lumière est diffusée par l’atmosphère. Ainsi, le vert est généralement la dernière couleur clairement visible avant la disparition du Soleil. Pour les formes les plus courantes du rayon vert, un mirage agrandit le très fin liseré vert et le rend visible. Pour en savoir plus, consultez ce guide scientifique des rayons verts.
Comment observer le rayon vert ?
Vous avez davantage de chances de voir un rayon vert lorsque :
- l’horizon est net et dégagé, par exemple au-dessus de l’océan ;
- l’atmosphère est relativement transparente, avec peu de brume ou de nuages près de l’horizon ;
- le Soleil couchant paraît particulièrement déformé près de l’horizon, ce qui peut indiquer des différences de température favorables entre les couches d’air ;
- le Soleil est sur le point de disparaître complètement sous l’horizon.
Le rayon vert peut également se produire au lever du Soleil, mais il est généralement plus difficile à saisir, car il faut savoir exactement où le Soleil va apparaître.
Consigne de sécurité : Ne fixez jamais le Soleil brillant et ne l’observez pas avec des jumelles, un télescope ou un objectif photo dépourvus de filtre solaire. Pour toute observation directe, utilisez une protection oculaire certifiée et des filtres solaires adaptés.
D’autres phénomènes inhabituels vous intriguent ? Découvrez davantage d’effets astronomiques observables en journée.
Comment fonctionne la réfraction atmosphérique ?
L’atmosphère terrestre se compose de couches d’air de densités différentes, généralement plus élevées près du sol. En les traversant, la lumière change légèrement de direction. Nos yeux interprètent la lumière reçue comme si elle avait voyagé en ligne droite : les astres paraissent donc plus hauts qu’ils ne le sont réellement.
L’effet est maximal près de l’horizon, où la lumière traverse davantage d’atmosphère. Dans des conditions habituelles, la réfraction peut décaler vers le haut un objet à l’horizon d’environ 34 minutes d’arc (0,57°), un peu plus que le diamètre apparent de la Pleine Lune.
Voici comment l’effet varie avec la hauteur apparente d’un objet, c’est-à-dire l’angle auquel il semble se trouver au-dessus de l’horizon :
| Hauteur apparente | Réfraction approximative |
|---|---|
| 0° (horizon) | 34′ |
| 5° | 10′ |
| 10° | 5′ |
| 20° | 3′ |
| 45° | 1′ |
| 90° (zénith) | 0′ |
Les valeurs sont approximatives. La réfraction réelle dépend de la température de l’air, de la pression et d’autres conditions.
Une minute d’arc (′) vaut 1/60 de degré. Pour mieux comprendre ces mesures, consultez notre infographie sur la mesure des distances dans le ciel.
Réfraction atmosphérique : questions fréquentes
La réfraction atmosphérique fait-elle scintiller les étoiles ?
Oui, mais indirectement. Les étoiles scintillent parce que l’air turbulent modifie sans cesse la réfraction de leur lumière, ce qui donne l’impression qu’elles clignotent. Ce phénomène diffère de la réfraction atmosphérique ordinaire, qui décale leurs positions apparentes. Notre article explique plus en détail pourquoi les étoiles scintillent.
La réfraction atmosphérique fait-elle paraître le Soleil plus gros ?
Non. La réfraction atmosphérique ordinaire rend généralement le Soleil légèrement aplati plutôt que plus grand. Son bord inférieur est davantage décalé vers le haut que son bord supérieur.
La réfraction atmosphérique peut-elle rendre visible un objet sous l’horizon ?
Oui. La réfraction peut courber la lumière d’un objet situé géométriquement sous l’horizon et la diriger vers l’observateur. C’est pourquoi le Soleil peut rester visible un court instant après que sa position géométrique est passée sous l’horizon.
La réfraction atmosphérique est-elle plus forte en hiver ?
Pas nécessairement, même si un air plus froid et plus dense peut renforcer la réfraction lorsque les autres conditions sont comparables. L’effet dépend de la pression, de la température et de la façon dont la densité de l’air varie avec l’altitude. Des changements brusques de température et des inversions thermiques peuvent aussi produire une réfraction exceptionnellement forte.
Pourquoi le Soleil ne se lève-t-il ou ne se couche-t-il pas toujours à l’heure prévue ?
Les calculs du lever et du coucher reposent sur des conditions atmosphériques moyennes et un horizon plat. En réalité, les variations de température peuvent modifier la réfraction : l’heure observée peut donc différer de la prévision d’une minute ou plus, même face à un horizon marin dégagé. Collines, montagnes et altitude du lieu d’observation peuvent créer des écarts plus importants. Avec une application d’astronomie, prévoyez d’être prêt quelques minutes avant l’heure annoncée.
La réfraction atmosphérique change-t-elle la couleur du Soleil ou de la Lune ?
La réfraction atmosphérique peut séparer légèrement les couleurs, comme dans le rayon vert. Cependant, l’aspect orange ou rouge familier du Soleil et de la Lune près de l’horizon est principalement dû à la diffusion atmosphérique, et non à la réfraction. Quand la lumière solaire ou lunaire parcourt davantage d’atmosphère, les courtes longueurs d’onde sont plus fortement diffusées, laissant dominer les couleurs chaudes.
Pourquoi la Lune ne disparaît-elle pas pendant une éclipse lunaire totale ?
Pendant une éclipse lunaire totale, la Terre empêche la lumière solaire directe d’atteindre la Lune. L’atmosphère terrestre dévie toutefois une partie de cette lumière vers l’intérieur de son ombre, jusqu’à la surface lunaire. En parallèle, la diffusion atmosphérique élimine une grande partie du bleu, donnant à la Lune une teinte rougeâtre. Pour en savoir plus, lisez notre guide des éclipses lunaires.
La réfraction atmosphérique existe-t-elle dans l’espace ?
La réfraction astronomique nécessite une atmosphère ou un autre milieu où la lumière puisse être réfractée. Dans le vide spatial, il n’y a pas de réfraction atmosphérique. La lumière peut toutefois changer de direction sous l’effet de la gravité : c’est un phénomène entièrement différent, appelé effet de lentille gravitationnelle.
La réfraction atmosphérique soutient-elle la théorie de la Terre plate ?
Non. Certains partisans de la Terre plate affirment que la réfraction atmosphérique explique la disparition d’objets lointains sous l’horizon ou le coucher apparent du Soleil. Ces explications ne correspondent pourtant pas à la manière dont la lumière se courbe réellement dans l’atmosphère. La réfraction peut faire paraître les objets plus hauts, mais elle n’efface pas les effets de la courbure terrestre. Retrouvez d’autres preuves dans notre article sur 7 façons de montrer que la Terre est ronde.
Réfraction atmosphérique : l’essentiel à retenir
La réfraction atmosphérique est un effet discret mais important qui change notre vision du ciel. Elle fait paraître les astres plus hauts que leurs positions géométriques réelles, aplatit le Soleil et la Lune près de l’horizon et nous offre un peu plus de lumière dans la journée. Dans certaines conditions, elle peut même produire des phénomènes optiques spectaculaires comme les rayons verts.
Pour les observateurs du ciel, la règle la plus utile est simple : plus un objet est bas sur l’horizon, plus l’atmosphère terrestre influence son apparence. Utilisez Sky Tonight pour suivre le déplacement des astres. Observez-les près de l’horizon pour voir la réfraction à l’œuvre, ou plus haut dans le ciel pour en réduire les effets.
