Dans de bonnes circonstances, un fin liseré vert est décelable sur la partie supérieure du Soleil à son lever ou son coucher. Quand il apparaît à l'instant précis de sa disparition et qu'il est très amplifié par le phénomène de mirage, on l'appelle le rayon vert.

L'indice de réfraction dépend de la longueur d'onde en raison inverse du carré de celle-ci selon la loi suivante : n = a + b / λ², λ étant la longueur d'onde. Comme celle du vert est plus faible que celle du rouge, le vert sera plus dévié que le rouge. On peut alors considérer que la réfraction produit un soleil vert très légèrement au-dessus du soleil blanc (addition de toutes les couleurs), lui-même un peu au-dessus d'un soleil rouge. Le schéma montre cette configuration pour une observation en O avec le Soleil S sous l'horizon O H : après réfraction, le rouge et le vert apparaissent au-dessus de l'horizon avec des décalages verticaux différents.

1. Le Soleil

Avec un téléobjectif puissant, on voit assez fréquemment un liseré vert au sommet du limbe solaire, souvent très faible mais bien perceptible, et parfois un liseré rouge dans sa partie inférieure. Ce décalage vertical entre un "Soleil vert" et un "Soleil rouge" est visible dans les images 1.1 et 1.2 (avec un hélicoptère devant l'astre).

Cette limite rouge a une largeur faible mais il existe une situation particulière qui permet de l'observer avec plus de facilité : lors d'un mirage inférieur, la partie inférieure du Soleil est dupliquée vers le bas et inversée, ce qui vaut aussi pour cette bordure rouge. Le mirage inférieur produit alors un double liseré rouge, droit en haut et inversé en bas, et il est ainsi beaucoup mieux visible. Les images ont été réalisées au-dessus de la Mer Méditerranée (1.3 et 1.4) et de l'Océan Atlantique (1.5 et 1.6), depuis la plage à une altitude d'environ 2 m pour 1.3 à 1.5, et à une altitude de 49 m pour 1.6. En 1.4, la présence d'un cargo s'interposant exactement devant le Soleil à l'instant du mirage fut plus une gêne qu'un bénéfice pour la photographie.

Vidéos du double liseré rouge lors d'un mirage inférieur

Deux vidéos, présentées ici à la vitesse réelle, montrent la formation et la disparition du double liseré rouge lors d'un mirage inférieur. Elles ont été réalisées dans les Pyrénées-Atlantiques, au-dessus de l'Océan Atlantique, la première en juillet 2022 depuis une plage de Bidart et la deuxième depuis une plage de Biarritz deux ans après, dont l'image 1.5 est extraite.

2. La Lune

Outre le Soleil, la Lune et les planètes du Système solaire conviennent bien aussi pour l'observation de ces deux effets chromatiques de la réfraction. Pour la Lune, peu après son lever, un liseré vert est décelable dans sa partie supérieure (image 2.1) et un liseré rouge dans sa partie inférieure (image 2.3). Comme les teintes sont faibles, les compositions 2.4 et 2.5 permettent une comparaison plus aisée des bords supérieur et inférieur de la Lune. Noter que les structures visibles à la surface de la Lune sont inversées, 2.4 correspondant au lever de notre satellite et 2.5 à son coucher.

Le liseré vert apparaît aussi ponctuellement au sommet des cratères qui se détachent devant la partie de la Lune située dans l'ombre (2.2). Dans les images 2.2 et 2.3 effectuées le même jour, la Lune est partiellement masquée par une bande nuageuse située, respectivement, au-dessous et au-dessus.

3. Les planètes

Les liserés vert et rouge sont aussi observables pour les planètes Vénus (3.1 à 3.3) et Jupiter (3.4) lorsqu'elles sont situées à très faible hauteur au-dessus de l'horizon. Les différences d'aspect et de dimension de Vénus entre le 14 janvier 2025 (image 3.1), le 3 février (3.2) et le 22 février (3.3) sont dues à la combinaison des mouvements de révolution de Vénus et de la Terre autour du Soleil. L'orbite de Vénus étant intérieure à celle de la Terre, d'une part son disque n'apparaît pas toujours complètement éclairé et peut prendre la forme d'un croissant et, d'autre part, la distance de Vénus à la Terre est variable. Ainsi, de janvier à mars 2025, Vénus se rapproche de la Terre et passe entre celle-ci et le Soleil, ce qui explique qu'elle apparaisse progressivement comme un croissant plus fin et plus grand de 3.1 à 3.3. Le calcul des éphémérides de position de Vénus a été réalisé par l'IMCCE sur son portail Système Solaire https://ssp.imcce.fr, et il indique qu'en 3.1 la planète est 1.7 fois plus éloignée de la Terre qu'en 3.3. Néanmoins, en 3.3 Vénus est plus proche de l'horizon qu'en 3.2 et encore plus qu'en 3.1, donc l'étalement de l'image causé par les perturbations atmosphériques ainsi que la mise au point plus difficile de l'objectif photographique contribuent probablement à la faire paraître un peu plus étendue. Les photographies 3.1 à 3.4 ont été effectuées depuis les Pyrénées-Atlantiques.

La présence d'un bord vert et d'un autre rouge pour Vénus, quand elle est proche de l'horizon, est connue depuis un peu plus d'un siècle. En 1925, la revue La Nature rapporte que cette observation a été effectuée en 1922 par E. Bauer, professeur à la Faculté des Sciences de Strasbourg, et A. Danjon, astronome à l'observatoire de Strasbourg, et la présente comme "inédite"¹. En note, la revue indique aussi une observation antérieure du rayon vert pour Vénus, en 1900.

4. Un avion

Les liserés vert et rouge apparaissent aussi dans la traînée de condensation d'un avion vu vers l'est un matin (4.1), peu avant le lever du Soleil.