QUELQUES MOTS SUR LA LUMIÈRE

J'aurais voulu, ma sœur, te donner ici dans leur entier les belles leçons de M. Arago sur la lumière; mais je ne les possède pas complètes dans mes notes , et mon respect pour l'illustre professeur ne me permet pas de diviser par fragments un ensemble si bien coordonné, si j

brillant et si digne du plus beau talent. Il faut i

pourtant que je te dise quelques mots de la lu- |

mièrè et de ses propriétés ; propriétés que, par robservation et par le calcul, on a su découvrir. Ce sujet se lie trop étroitement à lastronomie pour qu'il soit possible de le passer sous silence.

Dès les temps anciens, l'homme s'est préoccupé de la nature de la lumière. Quelques nations civilisées la considéraient comme une propriété inhérente aux premiers principes des choses, ce qui ne signifie rien du tout ; d'autres affirmaient que c'était une matière émanant de notre œil; proposition qui appartient évidemment à cette espèce de gens qu'on voit toujours empressés de prononcer sur ce qu'ils ignorent, et dont l'assurance éblouit et persuade presque toujours la multitude.

Les écrivains sacrés nous apprennent que la création de la lumière eut lieu quatre jours avant la création du Soleil ; telle fut la croyance des philosophes de l'antiquité puisqu'ils professaient que le Soleil n'est point la source de la lumière , et qu'il n'est destiné qu'à la projeter dans l'espace; Newton , au contraire, la regardait comme une émanation des corps lumineux ; comme une espèce de pluie d'atomes lumineux lancée par le Soleil avec une très-grande vitesse.

« Descartes, et, après lui, Huygens et un grand nombre de physiciens ont cru que c'est un fluide extrêmement ténu, dont les mouvements agissent sur notre oeil de la même manière que les

vibrations de lair agissent sur notre oreille. La sensation de la lumière serait donc produite en nous par des ondulations excitées dans un milieu très-élastique et propagées jusqu'à notre œil. Ce milieu, s'il existe, doit remplir tous les espaces célestes, puisque c'est à travers ces espaces^ que la lumière des astres parvient à nos yeux ; il doit être aussi très-élastique, puisque la transmission de la lumière s'opère avec une si grande vitesse; et, en même temps, il doit être très-rare (ou extrêmement peu dense), puisque la comparaison la plus exacte des observations astronomiques anciennes et modernes n'indique, dans les mouvements planétaires, aucune trace sensible de résistance. — Si l'on conçoit un corps qui ait la faculté d'exciter un ébranlement instantané dans un point d'un tel milieu, supposé d'abord également dense dans toute son étendue, cet ébranlement s'y propagera sphériquement, suivant les mêmes lois que dans l'air, à la vitesse près, qui devra être beaucoup plus rapide. Chaque molécule du milieu ébranlé sera donc aussi ébranlée à son tour et rentrera ensuite dans le repos; si ces ébranlements se répètent dans le même point, il en résultera, comme dans l'air, une suite d'ondes analogues aux ondes sonores. La formation des différentes couleurs, -la réflexion, la réfraction et d'autres phénomènes s'expliquent par cette analogie des ondes lumineuses et des on^ des sonores. Il peut encore arriver que ces ondes

se rencontrent de façon à ce que leur éclat lumineux s'ajoute ou se détruise, en sorte que deu\ rayons lumineux produisent alternativement de la lumière ou de l'ombre. Cette rencontre des ondes lumineuses a pris le nom ^interférence (de inter^ entre, et A^ ferre, porter; c'est à Finterférence qu'est attribué le phénomène de la scintillation des étoiles). Qn a calculé que, lorsque deux portions égales de lumière, dans des circonstances exactement semblables, ont été séparées et coïncident de nouveau, à peu près dans une même direction, elles s'ajoutent l'une à l'autre ou se détruisent mutuellement, selon la différence des temps employés dans leurs trajets séparés.

« Les physiciens admettent généralement cette nouvelle théorie de la propagation de la lumière par des ondes éthérées. M. Arago, auquel la théorie de la lumière doit d'ingénieuses observations et d'heureuses découvertes, s'en est montré le plus zélé partisan. (Ijouvet.) »

J'ajouterai, ma sœur, que M. Arago fait des expériences, onne peut plus curieuses, au moyen d'un miroir auquel est imprimé un mouvement de rotation de deux mille tours par seconde^ pour arriver à démontrer que , si la lumière est une ondulation et non pas une émanation, un rayon lumineux, en passant dans l'eau, doit avoir la même vitesse qu'en passant dans l'air; c'està-dire que le rayon lumineux, dont une moitié

passe parlair etdont une moitié passe par l'eau, arrive à la fois y et dans son entier, sur Técran destiné à le recevoir, si la lumière est une ondulation; tandis que, si c'est une émanation, la partie du rayon lumineux , passant par l'eau, arrivera en dernier sur l'écran, et le rayon sera ainsi divisé, visiblement, en une première partie, celle qui passe par l'air, et en une seconde partie, celle qui passe par l'eau.

Voyons, maintenant, quelques-unes des lois qui régissent la lumière.

De même que l'attraction terrestre diminue proportionnellement au carré de l'accroissement de la distance , de même diminue aussi la lumière, et, lorsqu'un rayon lumineux passe d'un milieu dans un autre, il se réfracte, c'est-à-dire qu'il se détourne de sa route, plus ou moins, suivant qu'il arrive plus ou moins obliquement à la surface qui sépare ces deux milieux. Tu connais l'expérience d'une pièce d'argent mise dans une tasse, et qu'on rend visible, dans la partie du vase où elle nest pas, en remplissant d'eau celui-ci. Plonge dans l'eau un bâton, une baguette , si tu l'aimes mieux , cette baguette te paraîtra brisée à partir de la surface de l'eau, parce que tu verras la partie qui plonge plus élevée qu'elle ne l'est réellement; ces effets sont dus à la réfraction. F^e rayon lumineux, qui entre obliquement dans l'eau, en sort obliquement dans une autre direction et forme V angle din*

iSS ASTRONOMIE

cideneey do«t tu as quelquefois entendu parler, sans, cbereher à te rendre compte de ce que ces mots pouvaient signifier. Ce phénomène n'a point lieu, si le rayon lumineux tombe perpen- (Uculairement à la surface du milieu plus dense dans lequel il pénètre.

: De la réfraction de la lumière résulte, tu dois le deviner, le phénomène qui nous fait voir l«s corps célestes dans le lieu apparent , dans le Ji^ii où ils ne sont pas , lorsque les rayons lumineux qu'ils projettent passent, du milieu rare de l'éther, dans le milieu plus dense appelé atmosphère. Ces rayons lumineux arrivant obli^ quement, sont réfractés, et alors nous appavai»sentles images du Soleil, des étoiles, tandis que le Soleil et les étoiles sont encore au-dessous de l'horizon; c'est seulement quand ils sont aui zénith, que nous les voyons dans le lieu vrai.

Sans l'atmosphère , la lumière n'éprouverait! pas de réfraction , et, sans la réfraction , les rayx)ns du Soleil nous arrivant directement^ il paraîtrait brusquement au moment de son lever, et disparaîtrait de même au moment de son.

coucher; mais, grâce à l'atmosphère, ont lieu la réfraction et la réflexion de la lumière, d'où résultent bien des trompe-tœil , l'aurore, le crépuscule et ces aberrations qui portent l'image des corps célestes dans \elieu apparent.

Le pouvoir réfringent de l'atmosphère était connu, selon ce qu'en rapportent les historiens,

ET MÉTÉOROLOGIE. 18é

avant Ptolémée ; mais le premier qui en détermina les effets et qui s'en servit pour rectifier le$ observations astronomiques , fut Tycho* Brahé. 11 calcula la valeur de la réfraction ho* rizontale , et il reconnut qu'elle était d'environ 33' ; valeur qui se trouve à peu près confirmée par les observations faites depuis ce grand as* tronome ; mais il ne sut pas expliquer la cause du phénomène ; il se perdit dans les vapeurs qu'il supposait flottantes dans l'atmosphère, et dans les différences qu'il voulut établir entre la réfraction solaire et la réfraction stellaire.

Dominique Cassini a démontré la fausseté de toute cette doctrine; il a calculé la réfraction pour toutes les hauteurs , et il a prouvé qu'elle va en diminuant de l'horizon au zénith.

Je t'ai dit tout à l'heure, ma Laurette, un mot de la réflexion de la lumière. Tous les corps la refléchissent ou la transmettent. Les uns sont opaques, tels les métaux, le bois ; d'autres sont diaphanes^ tels l'air, l'eau, le verre; d'autres enfin sont translucides, tels le papier mince, le verre dépoli, etc., etc. Tu comprends bien qu'ils ne la réfléchissent pas tous de la même manière ; de là vient que les métaux t'apparaîssent sous un autre aspect que le bois, et que l'air, le plus diaphane de tous les corps , te demeure invisible quand il est en petites masses : « Mais les rayons de lumière réfléchis par toutes les couches de l'atmosphère, produisent ùrie impres-

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sion sensible ; ils le font voir avec une couleur bleue qui répand une teinte de même couleur sur tous les objets épars dans le lointain et qui forme l'azur céleste. Cette voûte bleue, à laquelle les astres semblent être attachés, est donc fort près de nous ; elle n'est que l'atmosphère terrestre, et c'est à d'immenses distances au delà que tous ces corps sont placés. Les rayons solaires que des molécules nous renvoient en abondance avant le lever et le coucher du Soleil, forment l'aurore et le crépuscule qui, s'étendant à plus de vingt degrés de distance de ces astres, nous prouvent que les molécules extrêmes sont élevées au moins de 60 mille mètres. (Laplace.) j>

Ainsi donc, la réflexion de la lumière concourt, avec la réfraction, à nous donner les plus magnifiques spectacles. A ces phénomènes , il faut ajouter ceux produits par la dispersion de la lumière. C'est Newton qui a répandu le plus vif éclat sur cette branche de la physique.

<c L'appareil, au moyen duquel Newton a démontré clairement les lois de la dispersion des couleurs qui se produisent à chaque réfraction, est un prisme de verre triangulaire , posé sur une de ses bases ; quand la lumière passe dans ce prisme, chaque rayon y est réfracté deux fois, à la surface antérieure et à la surface postérieure, c'est-à-dire en entrant et en sortant. Par ce double effet, la réfraction et la dispersion

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des couleurs ^ augmentent beaucoup , et il devient très-facile d'examiner la lumière réfractée, à telle distance que Ton veut, derrière le prisme, en la recevant sur un écran. C'est surtout dans une chambre obscure qu'on obtient le plus curieux des phénomènes lumineux.

« Lorsque la pièce est parfaitement close et inaccessible à la lumière, on fait passer un cône mince de rayons solaires par une petite ouverture percée dans le volet d'une fenêtre, et l'on fait tomber ce cône sur l'une des surfaces du prisme. Cette lumière, après s'être réfractée deux fois , s'élargit d'autant plus qu'elle se prolonge davantage. Si elle est alors recueillie sur une paroi blanche et bien unie, opposée à l'ouverture du volet, on observe une image allongée qui n'est bien terminée nulle part, mais qui forme pourtant une espèce de parallélogramme dont les extrémités supérieures et inférieures paraissent des demi-cercles, quoique leurs contours soient très-indécis. L'image entière est environ cinq fois plus longue que large, et des couleurs différentes et très-vives marquent chaque point de sa hauteur. Ces couleurs semblent se fondre les unes dans les autres par des gradations insensibles, et cette dégradation continuelle de couleurs est si bien ménagée qu'on n'y peut guère distinguer que sept couleurs qui sont, dans cet ordre, de haut en bas : Tjiolet, indigo , ùleUy vert^ jaune ^ orange ^ rouge. Cette image

IffS ASTRONOMIE

descou)eurâ se nomme le spectre solaire. l\ faut la recueillir à une certaine distance du prisme, à quatre mètres au moins; plus la lumière est di* latée par Véloignement, plus les couleurs sont distinctes.

<c On doit concevoir le spectre solaire comme composé d une infinité d'images du soleil, rondes et de difîérentes couleurs, placées les unes audessus des autres, de manière que chacune d'elles dépasse un peu celle qui la précède. Ces cercles innombrables sont d'un égal diamètre, et comme ils sont excessivement pressés^ les lignes latérales produites par leurs continuelles intersections, paraissent droites et semblent, en quelque sorte, leurs tangentes communes.

« X)e l'expérience du prisme on doit déduire que la lumière blanche se divise, par la réfraction, en rayons de diverses couleurs, qui ont chacun une réfraction particulière. (Louvet.) d

Un mot à présent sur la polarisation de la lumière :

a Ce fut en 1808 que Malus, regardant avec un prisme à double réfi'action un magnifique coucher de soleil réfléchi par les vilres du palais du Luxembourg, à Paris, s'aperçut, à son grand étonnement , qu'en faisant tourner le prisme lentement, il se manifestait une trèsgrande différence dans l'intensité des deux images, la plus réfractée passant alternativement, à chaque quart de révolution, d'un état de clarté

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à un état d'obscurité. Ce phénomène si imprévu excita vivement Fattention de ce grand physicien et le porta à en rechercher la cause (i). »

Telle est, ma sœur, l'origine de la découverte de la lumière dite polarisée^ parce qu'il arrive, lorsque les vibrations se communiquent en ligne droite de molécule à molécule, que ce rayon rectiligne prend deux pôles. L'un ou l'autre de ces deux pôles donne une image , les côtés du rayon polarisé n'en donnent pas. Si l'on présente un écran au pôle nord ou au pôle sud du rayon de lumière polarisée, on a une image; si l'on présente un écran à droite ou à gauche de ces deux pôles, on n'a pas d'image. Mais ce n'est pas tout. Dans la lumière polarisée , les vibrations se communiquent de molécule à molécule en hélices circulaires et en hélices elliptiques, d'où résultent des images variées et magnifiquement colorées. On peut obtenir toutes les différentes espèces de lumière polarisée au moyen du cristal de roche ; mais on en a obtenu d'abord avec la tourmaline, le spath d'Island et le mica.

Voici un petit appareil de polarisation de la lumière (2) : Rr est le rayon lumineux réfléchi par la plaque de verre r sous un angle de 67**; M est la lame de mica à travers laquelle passe

(1) De la connexion des sciences.

(2)Pl.vi,fig. 2.

le rayon réfléchi Rr; quand ce rayon lumineux réfléchi a traversé la lame M^ il est polarisé et il arrive à la surface d une autre plaqué de verre B; il est réfléchi de nouveau en 5" et il vient ensuite à Tœil de l'observateur en E.

Suivant la nature de la substance solide et diaphane employée pour obtenir la polarisation de la lumière, les images colorées diffèrent; il en est de même pour les liquides qui polarisent la lumière. Tel liquide imprimera au plan de polarisation le mouvement vers la gauche, tel autre vers la droite, et tel autre lui donnera la direction en ligne droite.

Sur cette même planche tu trouveras, moins les couleurs si admirablement belles, quelquesunes des images produites par la polarisation de la lumière (i); ajoutes-y, par la pensée, l'éclat des vives couleurs du prisme, et tu prendras quelque idée de ce que produit la lumière polarisée. MM. Fresnel et Arago ont prouvé que les images colorées par la lumière polarisée, sont dues à l'interférence des rayons. Je ne puis, à mon grand regret, te rapporter les belles paroles de M. Arago sur ce brillant sujet, ni entrer dans des détails que tu trouverais d'autant plus ardus que seul il sait faire comprendre les plus hautes déductions de la science à ses auditeurs ; mais je te dirai du moins que M. Arago a imaginé un

(i) PI. VI, H, 5, 4, n, 6.

instrument auquel il a donné le nom de polariscope, et dans lequel se reproduisent ces magnifiques effets de la polarisation de la lumière reyiéchie. Au moyen du polariscope, M. Arago démontre que la lumière des nuées est réfléchie et que la lumière du Soleil est directe. Je te dirai plus tard, comment, avec le secours du polariscope, on peut reconnaître la nature des éclairs de chaleur. Mais revenons à l'aberration de la lumière, qui nous montre les corps célestes dans le lieu apparent si loin du lieu vrai.

Un savant astronome, Bradeley, ayant soumis à l'observation, pendant trois ansy les mêmes étoiles, et ayant calculé la différence entre le lieu vrai et le lieu apparent^ donna, par ses calculs, une preuve nouvelle que la vitesse de la lumière est de 77 mille lieues par seconde, ainsi qu'on l'avait déduit des éclipses du premier satellite de Jupiter lorsque la planète est en conjonction.

Tu le vois, ma sœur, chaque observation nouvelle vient confirmer les observations précédentes, et la vérité, imposante et sublime, se dégage peu à peu des nuages dont l'avait entourée l'erreur !