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Ciel bleu et rayon vert
Les conditions d'apparition du rayon vert Ce phénomène est rare car il est conditionné par des facteurs météos particuliers mais également parce qu'il demande à l'observateur une certaine expérience. Si son nom anglais est ambigu, parler de rayon l'est tout autant car il est peu représentatif de son effet. En fonction de la position de l'observateur par rapport à l'horizon, ce phénomène peut durer une fraction de seconde comme il peut persister plus de 15 secondes. La visibilité du rayon vert est principalement conditionnée par quatre facteurs : - Une atmosphère calme et laminaire (stratifiée) - Une différence de température entre le sol et la basse atmosphère (mirage inférieur) - L'ampleur de la pente du profil de l'inversion de température - L'absence d'objets, de nuage et de poussière à l’horizon - La hauteur de l'observateur. Un théorème important de l'optique atmosphérique nous dit que les images multiples ou inversées qui caractérisent les mirages peuvent uniquement se produire sous l'horizon astronomique, c'est-à-dire sous l'intersection entre le plan de l'horizon et la sphère céleste. Etant donné qu'en fonction de l'altitude l'horizon peut plonger loin derrière la courbure de la Terre, c'est la hauteur de l'oeil de l'observateur qui détermine la déclivité de l'horizon apparent et donc en corollaire la largeur de la zone entre ciel (horizon astronomique) et terre (déclivité) où se produisent les mirages.
En fait si vous pouvez disposer d'un horizon est ou ouest dégagé à quelques mètres au-dessus du niveau de la mer ou en altitude, si vous pouvez distinguer la courbure apparente de la Terre vous avez quelques chances d'observer des mirages et le rayon vert. Les régions d'altitude restent en théorie des endroits privilégiés car l'horizon apparent plonge à plusieurs minutes d'arc sous l'horizon astronomique où les effets des mirages sont les plus apparents. Mais bien souvent en altitude l'horizon est caché par les montagnes et les gens s'y aventurent beaucoup moins que sur la plage. Bien sûr il reste des sites privilégiés comme la Sierra Nevada en Espagne ou les hauts-lieux de l'astronomie (La Silla, Cerro Tololo, Hawaii, etc) qui se situent au-dessus des couches nuageuses et où ces phénomènes peuvent se manifester si l'horizon est dégagé de toute mer de nuages. D'un autre côté le bord de mer reste en pratique l'endroit le plus accessible et il remplit plusieurs des conditions requises : d'une part la réfraction atmosphère y est plus importante lorsque le Soleil est bas sur l'horizon et d'autre part votre ligne de mire est pratiquement parallèle à l'horizon. Profitez de l'occasion pour vous élever de quelques mètres, le rayon vert sera plus dense. Avis aux observateurs... A voir : Simulations de rayons bleus et violets vus au niveau de la mer (avec mirage inférieur et différentes opacités d'aérosols, par A.T.Young)
Où chercher le rayon vert ? Lorsque le disque du Soleil descend sur l'horizon et est encore apparent, bien que son rayonnement soit atténué par l'extinction atmosphérique il est encore suffisamment brillant pour nous éblouir. Il est donc prudent de porter des lunettes solaires ou d'utiliser un filtre gris neutre pour l'observer et éviter ainsi tout problème ultérieur. A mesure que le Soleil traverse les couches les plus denses de l'atmosphère, la partie supérieure et stratifiée du disque peut se détacher comme si l'atmosphère pinçait le disque du Soleil libérant un ballonnet ou un petit flotteur. C'est dans cet appendice ou en bordure du limbe supérieur que le rayon vert peut apparaître. Selon la densité de l'air, des vents et des effets optiques de la réfraction cette excroissance supérieure peut subir des modifications plus ou moins importantes et soudainement prendre une couleur verdâtre, c'est le rayon vert ! Sa couleur peut être accentuée par contraste avec la couleur du fond du ciel ou rester relativement pâle si le Soleil est brillant. Enfin notre sensibilité rétinienne individuelle influencera l'impression colorée. Il est toutefois rare que la couleur du phénomène soit vive. Vidéos à voir : Green flash at sunset (sur YouTube)
Conditions extraordinaires Des témoins ont rapporté que le rayon vert fut observé à la fin des éclipses solaires comme ce fut le cas à Madagascar lorsque le Soleil déclina à l'horizon ouest ou au-dessus du canal du Mozambique quelques minutes après le 4e contact. Le rayon vert est généralement associé aux effets de mirages mais également à l'effet Novaya Zemlya, nom des deux grandes îles appartenant à la chaîne de l'Oural situées près du cercle Arctique où l'éclat du Soleil joue à cache-cache avec la courbure de la Terre même après le coucher du Soleil lorsqu'une forte inversion thermique se manifeste près du sol (ces îles sont également connues pour avoir servi de site de test pour les bombes atomiques jusqu'en 1990). L'effet Novaya Zemlya se produit
principalement aux latitudes élevées lorsque le Soleil forme un angle
très réduit avec le plan de l'horizon local mais il peut également se
produire aux latitudes moyennes et durer plusieurs minutes après le
coucher du Soleil.
L'effet
Novaya Zemlya persista quelques minutes après le coucher
du Soleil lorsque cette image fut prise près du cercle
Arctique. La séquence complète du coucher de Soleil
était présentée sur le site de Jack
Stephens mais semble ne plus y figurer. En
corollaire rappelons que tous les objets brillants situés près de
l'horizon peuvent produire des rayons verts : la Lune, Vénus, Jupiter
ou les étoiles les plus brillantes comme Sirius. Mais ne vous attendez
pas à voir toutes les étoiles vertes car près de l'horizon
l'extinction atmosphérique et la pollution réduisent la magnitude des
astres d'un facteur dix à cent et la plupart deviennent invisibles à
quelques degrés de l'horizon.
Les
deux principaux mécanismes associés au rayon vert :
ci-dessus le faux mirage associé à un gradient super
adiabatique au-dessus du sol et ci-dessous le mirage
inférieur associé à une inversion thermique dans les
basses couches. Noter que pour l'image prise à La Silla
(en bas à gauche) les défauts de l'optique ont été
corrigés a posteriori pour que les couleurs soient plus
conformes à la réalité. Documents Lu
Rarogiewicz/Mt Wilson, UCSB/Joel/Parviainen,
U.Geneve/Denis
Megevan, Nicolas
Biver. Je remercie Andrew T. Young du SDSU pour les corrections constructives qu'il a apporté à la rédaction de ce dossier ainsi qu'aux photographes ayant illustré cet article . Pour plus d'information Les couchers de Soleil, meteo.org Simulation de phénomènes physiques (Université de Lyon 1) An Introduction to Green Flashes, Andrew T.Young (étude exhaustive avec photos, animations et liens) Ocean & Atmospheric Optics, Texas A&M University Il raggio verde, Leggenda e realtà (Unione Astrofili Italiani, also in English) Marco Meniero (galleries météo et astro) Calcul
de l'indice de réfraction de l'air
(A.T.Young)
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