Pourquoi le soleil paraît-il jaune ?

La lumière du soleil dans l'espace est une combinaison de chaque longueur d'onde de rayonnement électromagnétique (EMR), y compris celles que la vision humaine ne peut pas percevoir et que l'atmosphère terrestre absorbe à haute altitude. Les humains perçoivent diverses combinaisons de longueurs d'onde à spectre complet comme blanc. La lumière du soleil est si « blanche » qu'elle peut réellement causer la cécité en endommageant les photorécepteurs de la rétine. The World Book at NASA en ligne indique que ce rayonnement culmine dans le spectre visible jaune-vert. Le jaune-vert est la couleur que les humains ont le don de percevoir le plus intensément. Les étoiles les plus chaudes, comme Sirius, émettent un rayonnement qui culmine dans le spectre bleu, mais notre étoile n'est pas si chaude.

Origine de la lumière dans le soleil

La masse (poids) du soleil est d'environ 70 % d'hydrogène et 28 % d'hélium, mais environ 94 % du nombre total d'atomes dans le soleil sont de l'hydrogène surchauffé en plasma ionisé. Un hydrogène ionisé est un proton chargé positivement, sans électron associé. Lorsque deux noyaux d'hydrogène fusionnent pour créer un atome d'hélium, de l'énergie nucléaire est libérée sous forme d'ondes d'EMR. Huit minutes plus tard, l'EMR atteint l'atmosphère terrestre, qui absorbe 60 % de ce rayonnement avant qu'il n'atteigne l'œil humain. Les rayons gamma et X à courte longueur d'onde sont complètement absorbés par l'atmosphère, et la plupart des rayonnements ultraviolets le sont aussi. La lumière dans le spectre visible et la lumière que les humains ne peuvent pas percevoir (ondes radio, micro-ondes et ondes de chaleur infrarouge) traversent l'atmosphère pour atteindre la surface terrestre.

La lumière du soleil dans l'atmosphère

À l'intérieur de l'atmosphère, la lumière du soleil est diffusée car les gaz atmosphériques absorbent et réémettent les longueurs d'onde de « couleur » différemment. La lumière bleue est la plus courte longueur d'onde visible et est donc absorbée, retenue plus longtemps et diffusée plus que les autres longueurs d'onde, faisant apparaître le ciel bleu. Au lever et au coucher du soleil, la lumière du soleil traverse une tranche plus épaisse d'atmosphère pour atteindre l'œil humain. Alors que l'atmosphère diffuse les longueurs d'onde plus courtes, les longueurs d'onde plus longues de la lumière à l'extrémité rouge du spectre visible persistent, faisant paraître le soleil et la lumière du soleil sur les objets dorés, jaune, orange, rose et rouge. La diffusion de la lumière par des gaz ou des particules plus courts que les longueurs d'onde de la lumière est appelée « diffusion de Rayleigh » et a été décrite pour la première fois par John William Strutt, 3e baron de Rayleigh, de l'Université de Cambridge, en 1871.

Naine jaune

À la fin du 19e siècle et au début du 20e siècle, plusieurs observatoires et universités ont proposé des systèmes de classification pour les étoiles qui leur assignaient des positions sur des graphiques ou des tableaux. Les classifications étaient strictement taxonomiques et basées sur des caractéristiques globales telles que la température, la luminosité ou la magnitude (brillance), la masse (poids) et le rayon. À cette époque, l'observation de la plupart des étoiles n'était pas possible, même pour les étoiles plus petites ou plus sombres qui sont dans notre voisinage. Notre étoile, le soleil, a été classée comme une naine, bien que nous sachions maintenant que le soleil est plus grand que la plupart des étoiles et deviendra, dans environ 5 milliards d'années, une géante rouge produisant du carbone. La classification du 19e siècle de notre soleil comme « jaune » était en comparaison à la « couleur » d'autres étoiles, toutes reconnues comme étant en réalité blanches. Au 20e siècle, notre étoile, qui était autrefois considérée comme un char enflammé conduit par un dieu, est devenue simplement une naine jaune.

Jaune

Le physicien du 19e siècle James Clerk Maxwell a démontré que la lumière « spectrale » concrètement mesurable est un rayonnement électromagnétique et diffère de la lumière « perçue » par le cerveau. Le rayonnement électromagnétique dans la gamme de longueurs d'onde de 570 à 580 nanomètres est jaune. Selon Maxwell : lorsque la lumière du soleil contacte un objet, certaines longueurs d'onde de rayonnement sont absorbées comme énergie dans les orbites électroniques des atomes de l'objet, mais d'autres longueurs d'onde sont réfléchies. Un objet « noir » absorbe toutes les longueurs d'onde. Un objet « blanc » n'absorbe aucune longueur d'onde. Un objet « jaune » absorbe toutes les longueurs d'onde sauf 570 à 580 nanomètres. Par conséquent, un soleil « jaune » (une source d'EMR qui culmine dans la gamme jaune) n'est pas la même chose qu'un pigment de peinture « jaune » qui absorbe toutes les longueurs d'onde sauf le jaune. Le travail de James Clerk Maxwell avec les roues de couleur a été rapporté comme « Experiments on Colour, as Perceived by the Eye, with Remarks on Colour Blindness » dans les Transactions of the Royal Society of Edinburgh en 1855 et a conduit à son travail en photographie couleur précoce. James Clerk Maxwell a été le premier à démontrer que la lumière projetée à travers plusieurs filtres de couleur primaire sur le même espace apparaîtra blanche, alors que la combinaison de pigments de peinture de ces mêmes couleurs produira une peinture grise.

La lumière du soleil en photographie

Les changements de poussière et d'humidité d'une région à l'autre sur la surface terrestre affectent à quel point le soleil et la lumière du soleil apparaissent jaunes dans les photographies. Lorsqu'un photographe veut que la photographie couleur en extérieur présente un effet de lumière blanche vraie, alors un filtre d'objectif est utilisé pour adapter la lumière du soleil à ce lieu. Dans les zones de forte humidité, où la diffusion atmosphérique a réduit suffisamment la lumière bleue pour dévier la lumière du jour vers le jaune sur le film, alors un filtre jaune est utilisé pour faire apparaître les objets blancs en vrai blanc dans la photographie.