Le rayon vert, un phénomène souvent décrit par les marins au cours des siècles mais resté incompris. De ce fait, il persiste dans la croyance populaire comme étant une illusion.

Ce phénomène optique n'apparaît qu'au lever ou au coucher du soleil dans des conditions précises.

Posons quelques bases. Premièrement l'atmosphère terrestre est constituée de différentes couches. On peut se rendre compte que c'est un milieu hétérogène⁽¹⁾ par les variations de pression et de température en fonction de l'altitude.

Par ailleurs, lorsque qu'un rayon de lumière arrive sur une surface séparant des milieux différents, avec un angle non nul par rapport à la normale de cette surface⁽²⁾, le rayon est réfracté. C'est-à-dire que l'angle avec lequel il arrive est différent de celui avec lequel il repart selon la formule de Snell-Descartes :
\(n_{1}\times\sin(\theta_{1}) = n_{2}\times\sin(\theta_{2})\)

Sur le schéma ci-contre, n₁ et n₂ sont les indices de réfraction des milieux : \(n = \frac{c}{v}\) ;
avec c = 299 792 458 m. s^-1 la vitesse de la lumière dans le vide et v sa vitesse dans le milieu considéré.

Le phénomène de réfraction entre lui aussi en compte dans l'apparition du mythique rayon.

Cependant le phénomène qui est avant tout à l'origine du rayon vert est la diffusion Rayleigh. Lorsqu'un rayon lumineux arrive sur un atome avec une longueur d'onde \(\lambda\)⁽³⁾ il « rebondit » sur lui à cause des vibrations de l'atome. Ce phénomène fonction de \(\lambda\) et de l'angle de vue, provoque la propagation des couleurs.

C'est pourquoi le rayon vert est très rare car il faut que tous ces phénomènes interagissent de la bonne façon. Et on peut voir ce rayon vert de longueur d'onde \(\lambda ≈ 541 nm\)⁽⁴⁾ car notre œil peut percevoir les longueurs d'ondes entre 400 nm et 800 nm.

Mais pourquoi au coucher du soleil ?
Tout vient de l'atmosphère qui est plus « épaisse » à ce moment⁽⁵⁾. La lumière blanche⁽⁶⁾ se décompose petit à petit en la traversant, comme sur le schéma ci-contre, et il ne reste à la fin que le rouge et le vert, ce dernier camouflant le premier.

D'où le fameux rayon vert immortalisé par Jules Verne dans son roman éponyme.

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1. ⁽¹⁾ ↑ Les caractéristiques du milieu diffèrent en tous points de ce milieu.
2. ⁽²⁾ ↑ Ligne imaginaire perpendiculaire à la surface.
3. ⁽³⁾ ↑ Ce qui détermine sa couleur.
4. ⁽⁴⁾ ↑ 1 nm = 0,000 000 001 m
5. ⁽⁵⁾ ↑ C'est parce que le soleil est très bas sur l'horizon, ses rayons traversant l'atmosphère de façon oblique, ils ont plus de chemin à faire pour arriver au sol.
6. ⁽⁶⁾ ↑ Elle résulte de la somme de toutes les longueurs d'ondes perceptibles par notre œil, que l'on peut approximer aux couleurs visibles dans un arc-en-ciel.