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L’incandescence de l’atmosphère

Sur Terre, l'oxygène incandescent est produit lors des aurores polaires, lorsque les électrons énergétiques du Soleil viennent frapper la haute atmosphère. Cette émission de lumière alimentée par l'oxygène donne aux aurores polaires leur belle teinte verte caractéristique.

L'aurore n'est cependant qu'un des moyens par lesquels les atmosphères planétaires s'illuminent. Les atmosphères des planètes, y compris celle de la Terre et de Mars, brillent constamment, de jour comme de nuit, lorsque la lumière du Soleil interagit avec les atomes et les molécules de l'atmosphère. C’est un phénomène communément appelé « airglow » (lueur de l’air).

Les lueurs diurnes et nocturnes sont causées par des mécanismes légèrement différents.

La nuit: revenir à l'état initial

Le « nightglow » ou lueur nocturne résulte de la recombinaison de molécules qui ont été brisées par le rayonnement solaire pendant la journée. La lumière est émise lorsque les atomes ou les molécules excités reviennent à leur état initial non excité pendant la nuit.

L'une des émissions les plus brillantes sur Terre provient de la lueur nocturne, plus particulièrement des atomes d'oxygène excités qui émettent de la lumière à une longueur d'onde particulière (557,7 nanomètres), un rayonnement vert émis dans la région spectrale où nos yeux sont les plus sensibles.

La couche verte de la lueur nocturne est assez faible, si bien qu'elle ne peut être vue que la nuit en regardant « au bord » de la couche d'émission, comme la voient les astronautes en orbite. Ce phénomène optique a été capturé par des caméras à bord de la navette spatiale et de la Station spatiale internationale (Figure 1).

Le jour: absorber la lumière solaire

Le « dayglow » ou lueur du jour se produit lorsque le rayonnement solaire interagit directement avec l'atmosphère sur la partie ensoleillée de la planète. Les atomes et les molécules (tels que l'azote et l'oxygène) de l'atmosphère absorbent une partie de la lumière solaire, ce qui les excite temporairement jusqu'à ce qu'ils libèrent cette énergie supplémentaire sous forme de lumière, soit à la même fréquence (couleur) que la lumière absorbée, soit à une fréquence inférieure.

Cette émission est beaucoup plus faible que la lumière diffusée par le Soleil, de sorte que nous ne pouvons pas la voir à l'œil nu.

La lueur nocturne ou "nightglow" de l'atmosphère terrestre est clairement visible sur cette image, prise au lac Mugecuo, dans l'est du Tibet. Crédit: Petr Horalek - "Reaching the Mugecuo lake" - www.astronom.cz/horalek/
Figure 1: Image de la lueur nocturne entourant la Terre à près de 90 km d’altitude, observée depuis la Station spatiale internationale.