Comment se forment les halos autour de la Lune ou du Soleil ?

Avez-vous déjà vu un petit halo entourant la Lune ou le Soleil ? Ce fut le cas de plusieurs observateurs du ciel le soir du dimanche 26 novembre 2023. Certains ont photographié ce halo lunaire inattendu. Si vous l’avez vu, vous n’avez pas rêvé, il s’agit d’un phénomène optique. On parle même plus précisément de photométéore : un phénomène optique de l’atmosphère terrestre, expliqué par des modifications de la lumière du Soleil ou de la Lune. Les arcs-en-ciel sont des photométéores assez habituels, par exemple.

Comme l’explique l’Organisation météorologique mondiale, le « halo de 22 degrés », aussi nommé « petit halo » est l’un des phénomènes de halo que l’on peut observer le plus fréquemment. Centré sur l’astre qui éclaire (la Lune ou le Soleil), l’anneau donne l’impression que le ciel vu à l’intérieur est plus sombre. Mais, comment se forme-t-il ? L’astronome Juan Carlos Munoz, passé par l’Observatoire européen austral (ESO), a apporté une explication dans un thread sur Twitter, vers lequel il a renvoyé le 3 novembre 2020.

Des cristaux de glace dans l’atmosphère

« Ces halos sont créés par des cristaux de glace hexagonaux dans l’atmosphère », explique l’astronome. À cause de ces cristaux, les rayons lumineux sont déviés à deux reprises (on parle aussi de réfraction, comme quand on observe une paille dans un verre qui semble brisée). « Le faisceau émerge alors à un certain angle de déviation par rapport au faisceau incident [ndlr : le rayon qui arrive sur la surface] », poursuit Juan Carlos Munoz, schéma à l’appui.

Peu importe sa position dans le ciel, le halo apparait toujours avec un rayon de 22°. Pourquoi ? « Il y a un angle de déviation minimum à 22° : les faisceaux ne peuvent pas être réfractés à des angles plus petits », résume Juan Carlos Munoz. Quand la lumière de la Lune ou du Soleil passe à travers une quantité importante de cristaux de glace, on peut donc observer un halo de cette taille. Si l’intérieur du halo parait si sombre, c’est parce que « les faisceaux ne peuvent pas être réfractés à moins de 22° », répète le scientifique. Autrement dit, à l’intérieur de cette zone, aucun rayon réfracté n’atteint l’observateur.

On peut aussi s’apercevoir, sur l’image tweetée par l’astronome, que la partie interne du cercle apparait en rouge. Juan Carlos Munoz explique que cela tient au fait que les cristaux « ne plient pas autant la lumière rouge que la lumière bleue, de sorte que le halo rouge est légèrement plus petit que les autres couleurs ».

Le halo de 22° n’est pas seul : les cristaux de glace (et ses faces perpendiculaires) sont aussi à l’origine d’un halo de 46°, soit environ deux fois plus grand. Mais, il est moins visible, ses bords sont moins nets, car la lumière est plus étalée.

Chaque observateur voit un halo unique

Ce qu’il faut bien comprendre, indique ensuite l’astronome, c’est que tous les cristaux de glace, situés à l’intérieur comme à l’extérieur du halo observé, dévient la lumière à cet angle de 22° : « Vous ne les [nldr : les rayons lumineux] voyez tout simplement pas parce qu’ils ne voyagent pas dans votre direction. Mais ils atteindront quelqu’un d’autre ! Deux observateurs côte à côte verront deux halos différents. »

C’est d’ailleurs la même chose pour les arcs-en-ciel : quand vous en observez un, vous êtes la seule personne à voir cet arc-en-ciel-là. « Les halos et les arcs-en-ciel ne sont pas de vraies images mais des images virtuelles : ils ne sont pas situés à une distance spécifique », selon Juan Carlos Munoz.