Rayons du soleil : parallèles ou non ?

Bonjour,

Votre professeur de physique a dit vrai : les rayons du soleils sont effectivement parallèles ! Mais lorsqu'on observe les rayons du soleil percer les nuages, ils n'apparaissent plus vraiment parallèles... Pourquoi ?

Ces rayons sont réellement parallèles, mais par un effet de perspective, ils paraissent divergents comme un éventail. C'est notre cerveau qui nous trompe !

Voici ce qui est expliqué sur le site du CNRS :

" Les rayons de soleil que nous percevons sont des colonnes d’air fortement éclairées par le soleil qui contrastent avec les colonnes d’air voisines à l’ombre des nuages. Ces colonnes ont des bords parallèles. Leur largeur réelle est donc constante, tandis que la largeur perçue rétrécit avec la distance ; les rayons semblent donc s’approcher lorsqu’ils atteignent les nuages. Le point de fuite de ces rayons est au soleil. Plus précisément, les prolongements des rayons que nous voyons convergent sur le disque solaire, caché par les nuages.
Pour des compléments sur la perspective vous pouvez vous rendre ici (La peinture et son double), là (L’infini est une droite comme les autres) ou encore ici (Et si on rajoutait une droite à l’infini ?). "

Et la gloire, me direz-vous ? D'où vient-elle ? Pourquoi ses rayons semblent-ils se disperser en éventail ?

La gloire se matérialise par une ou plusieurs séries d'anneaux colorés autour de l'ombre portée d'un objet sur un nuage, du brouillard, ou plus rarement de la rosée.
Moysés Nussenzveig, un professeur émérite de physique de l'université fédérale de Rio de Janeiro explique comment se forment les gloires dans un article de Pour la science (n°413 - mars 2012) intitulé Les gloires, des auréoles autour des ombres. Nous vous invitons à venir consulter cet article à la bibliothèque. En voici quelques extraits qui expliquent en substance que ce sont les rayons introduits par effet tunnel et ayant subi des résonances de Mie qui contribuent à la formation des gloires. Elles sont une manifestation macroscopique d'un effet tunnel subi par la lumière.

"On pourrait penser que les gloires, connues depuis des siècles et relevant d'une science « ancienne », l'optique, ont été expliquées depuis longtemps. Pourtant, elles ont défié les scientifiques jusqu'au début des années 2000. En effet, elles sont bien plus compliquées que les arcs-en-ciel – qui ne sont eux-mêmes pas aussi simples que ne le laissent entendre les manuels d'introduction à la physique.
[...]
Le phénomène des gloires est connu depuis des siècles, mais les physiciens ne l'ont compris que récemment, et après quelques errements, grâce notamment à ce que l'on nomme l'effet tunnel.

De fausses pistes...
Les chercheurs ont d'abord attribué ce phénomène à la réflexion de la lumière à l'intérieur des minuscules gouttelettes d'eau qui composent les nuages. les rayons auraient été déviés en pénétrant dans la gouttelette (c'est la réfraction), se seraient réfléchis à l'intérieur, puis auraient été de nouveau déviés en ressortant, de façon à revenir à la direction initiale, dans le sens opposé (a). Mais l'eau n'a pas le pouvoir de dévier suffisamment les rayons lumineux pour qu'ils repartent exactement dans la même direction.
Une deuxième théorie a alors postulé que les rayons lumineux effleurant une gouttelette se transforment temporairement en ondes électromagnétiques de surface. En suivant la surface convexe sur une petite distance (exagérée sur la figure b) avant de pénétrer dans la gouttelette et d'en ressortir, le rayon peut tourner de façon à être renvoyé dans la direction initiale. Cet effet existe, mais il ne contribue que pour une petite part à l'énergie globale perçue dans une gloire.


... et finalement la solution !
Au début du XXe siècle, on a décrit le phénomène des gloires à l'aide d'une expression mathématique compliquée, qui n'en autorisait pas une réelle compréhension physique. C'est à une telle compréhension qu'est parvenu l'auteur : il a montré que la principale partie de la lumière perçue dans une gloire résulte du passage par effet tunnel, à l'intérieur des gouttelettes d'eau, d'une partie de l'énergie des ondes lumineuses associées à des rayons qui frôlent les gouttelettes [c]. L'effet tunnel se produit avec les ondes de toutes sortes, qu'elles relèvent de la physique quantique ou classique.





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Bonne journée.