Quelle réfraction pour des rayons lumineux traversant un milieu?

[evrardo]

Bonjour à toutes et à tous,

Il y a une réfraction des rayons lumineux lorsque ceux ci passent d'un milieu vers un autre.
Mais si ces rayons traversent un milieu, par exemple un aquarium (en considérant pour cet exemple que les parois ne modifient pas la trajectoire des rayons lumineux).
Est ce que les rayons sortants auront la même direction que les rayons entrants?

Dans ce cas c'est facile, mais si le milieu n'est pas homogène, comme l'atmosphère. Comment les rayons solaires ressortiront de l'atmosphère?

Merci pour vos explications.
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[Quarkonium]

Salut,

Dans le cas particulier d'un aquarium standard dont les faces sont parallèles (et en supposant l'indice de réfraction de l'eau homogène dans l'ensemble de l'aquarium, ce qui est une hypothèse très raisonnable) , les rayons sortants de l'aquarium seront parallèles aux rayons entrants (c'est très simple à vérifier avec la loi de Snell-Descartes et la règle des angles alternes-internes). Cependant même s'ils ressortent parallèles, il y aura eu une dispersion de la lumière à l'intérieur de l'aquarium du fait de la variation de l'indice de réfraction selon la fréquence des ondes électromagnétiques contenues dans ta lumière. Par exemple, si ta lumière est blanche (donc polychromatique), et que l'épaisseur de l'aquarium est suffisante pour séparer les différentes fréquences de façon visible, tu pourras voir un joli arc-en-ciel à la sortie de ton aquarium. Je n'ai pas tenu compte des phénomènes de réflexion et de diffusion.

L'atmosphère est un système beaucoup plus vaste, et donc beaucoup plus complexe. Les variations de pression, température et composition de l'air rendent l'analyse beaucoup plus complexe, où de nombreux autres phénomènes autre que la réfraction interviennent de façon notable. Déjà, vu que l'atmosphère est très fine comparée au reste de la Terre, la plupart des rayons lumineux du Soleil qui la traversent finiront par frapper le sol et ne ressortiront pas. Pour les quelques veinards qui passent en rase-motte de la surface terrestre, ils auront une épaisseur assez importante d'atmosphère à traverser, mais je ne sais pas s'ils seront réfractés d'une façon spécifique. La diffusion Rayleigh va beaucoup disperser les ondes de haute fréquence, ce qui donne au ciel sa couleur bleue, et au Soleil sa couleur rouge lorsqu'il se lève ou se couche.

[Amanuensis]

Dans ce cas c'est facile, mais si le milieu n'est pas homogène, comme l'atmosphère. Comment les rayons solaires ressortiront de l'atmosphère?

Ceux qui sont presque tangents à la surface de la Terre ressortent avec une petite déviation vers l'axe. C'est ce qui fait qu'on voit toujours la Lune dans le cas d'une éclipse totale: elle reste éclairée suffisamment par ces rayons là.

Réciproquement, quelqu'un sur la Lune a ce moment là ne verrait pas le Soleil, occulté par la Terre, mais verrait un anneau lumineux rouge ou orange bordant le disque noir (1) de la Terre.

(1) Ou plutôt, à notre époque, un disque noir constellé de points lumineux.

[evrardo]

Ceux qui sont presque tangents à la surface de la Terre ressortent avec une petite déviation vers l'axe. C'est ce qui fait qu'on voit toujours la Lune dans le cas d'une éclipse totale: elle reste éclairée suffisamment par ces rayons là.

Ah oui! Je ne savais pas cela! Merci pour l'info.

Réciproquement, quelqu'un sur la Lune a ce moment là ne verrait pas le Soleil, occulté par la Terre, mais verrait un anneau lumineux rouge ou orange bordant le disque noir (1) de la Terre.

(1) Ou plutôt, à notre époque, un disque noir constellé de points lumineux.

Puisqu'on est dans la réfraction atmosphérique, j'en profite pour prolonger ma question: la réfraction des rayons solaires au niveau du sol est de 34 minutes. Mais si on pouvait aller à une altitude de 10 km, la réfraction serait plus faible?
Est ce qu'on connait la valeur de cette réfraction selon l'altitude?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Amanuensis]

Au passage, je vérifie la cohérence du chiffre et ce que je rapporte. 34' d'arc, c'est en gros 1/120 de radian, sur 384000 km, ça fait 3000 km. Pas assez pour la Lune.

Mais j'imagine que ces 34' sont vus du sol, donc pour atteindre la Lune la déviation est le double, et 6000 km c'est bon.

(Pas ailleurs, je n'ai pas d'éléments pour les questions posées.)