DU SOLEIL ET DES PLANÈTES

§ 1. — La fin du monde solaire.

Si Helmholtz a dit vrai, si le Soleil a dépensé déjà les 453/454* de l'énergie que contenait la masse nébuleuse d'où la condensation l'a fait émerger, la fin du monde, j'entends la fin de notre monde solaire est proche. Peu à peu notre étoile centrale va voir diminuer son pouvoir lumineux et calorifique. Là précipitation des oxydes métalliques va envahir sa surface photosphérique, que des taches de plus en plus nombreuses et de plus en plus étendues recouvriront, et de la deuxième classe, passant

rapidement à la troisième, il figurera parmi les étoiles à teinte rougeâtre, indice d'un déclin imminent. Enfin, franchissant cette dernière phase de son existence solaire, il cessera d*émettre des radiations lumineuses, pour passer à Félat d'astre obscur ou de soleil éteint.

Telle est Tinévilable évolution qui l'attend. Quand il sera parvenu à ce degré d'affaiblissement, il y aura longtemps sans doute que notre planète, ne recevant plus qu'une chaleur et une lumière insuffisantes pour entretenir à sa surface la vie végétale et animale, ne sera plus qu'un corps inerte, et un cadavre de planète; la fin de notre monde sera un événement accompli.

En disant plus haut qu'un tel événement est prochain, il est bien entendu que cette proximité est toute relative et doit se calculer, si toutefoisun pareil calcul était possible, comme toutes les durées des existences sidérales. Peut-être, est-ce par millions d'années, de sorte que, tout compte fait, l'humanité actuelle n'est intéressée que très platoniquement à la catastrophe finale. L'histoire n'a

gardé le souvenir que des cinquante à soixante derniers siècles , laissant dans l'ombre un passé qui n'est peut-être pas moindre que quelque cent mille ans. Ce serait donc, comparativement, un long avenir qui se trouverait réservé à notre race pour Taccomplissement de ses destinées.

D'ailleurs, tout fait croire que les choses se passeront graduellement et que nous arriverons tous à la fin dernière, animaux et hommes, sans nous en douter pour ainsi dire, par une diminution et une disparition successive des conditions nécessaires àla vie. Essayons de nous rendre compte de la série de phénomènes qui résulteraient, pour les habitants de la Terre, de la diminution progressive de l'activité solaire : moindre iphaleur^ plus faible lumière, décroissance d'activité chimique.

D'une façon générale, ce serait l'appauvrissement des flores, qui de l'équateur aux pôles, reculeraient toutes indéfiniment. La flore des tropiques serait remplacée par celle des zones tempérées et celle-ci par les flores des régions polaires. Même rétrogra-

dation pour le monde animal. Peu à peu, le nombre des espèces s'amoindrirait, parle fait d'une disparition qui, très vraisemblablement, attaquerait d'abord les plus avancées en organisation, les plus exigeantes au point de vue de la nutrition.

Quant à Thomme, on peut prévoir que, muni de toutes les ressources de la civilisalion et de la science, il s'efforcera de réagir, de combattre les forces destructives. Mais comment résister à une loi implacable qui lui refusera de plus en plus les éléments de la vie. Instinctivement d'ailleurs, il se trouvera amené à abandonner les zones les plus favorables jusqu'ici à sa multiplication, et l'on assistera à l'exode des peuples vers les régions tropicales où, aujourd'hui, l'exhubérance de la chaleur ne rend l'exislence possible qu'aux races inférieures.

Mais, à la fin, les pays équatoriaux euxmêmes ne seront pas plus favorisés qu'aujourd'hui les pays voisins du pôle. Quelques rares survivants, végétaux, animaux, hommes peut-être, représenteront toute la vie qui subsistera à la surface de la planète. Les

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océans envahis par les banquises, les continents par les glaciers, la Terre entière sera le règne du silence, de la désolation, de la mort.

Ce que je dis ici de notre planète s'appliquera à toutes les planètes du monde solaire, les plus éloignées du foyer ressentiront sans doute les preo^ières les effets de l'extinction progressive de ses radiations. Les plus rapprochées, comme Vénus et Mercure, périront les dernières. Puis tout sera dit : au monde actuellement vivant succédera une agglomération de corps obscurs circulant comme auparavant autour d'une masse obscure elle-même, ou du moins ne recevant d'autre lumière que celle des innombrables étoiles du monde sidéral.

En traçant ce tableau des phénomènes que la suite des temps doit amener dans l'ensemble des corps constituant notre système planétaire, je n'ai fait que tirer les conséquences de deux principes qui dominent aujourd'hui toute la science, celui de la conservation de la force dans l'ensemble de l'Univers et celui de la dissipation de l'éner-

gie dans une région limitée de l'espace. J'ai supposé qu'aucune cause extérieure ne viendrait compenser la dépense occasionnée par la radiation solaire. Celte radiation doit donc diminuer d'intensité et finir par s'éteindre.. C'est ainsi que se terminera l'existence du Soleil considéré comme une étoile. A la vérité, il ne serait pas impossible que la fin de notre monde fût précipitée par une cause imprévue, une catastrophe analogue par exemple à celle dont une étoile de la Couronne, comme nous l'avons dit déjà, a été le théâtre. Une subite conflagration a porté en quelques semaines cette étoile de la neuvième à la seconde grandeur. L'analys'e de sa lumière, faile par M. W. Huggins, a prouvé que cet astre s'était trouvé enveloppé par une masse d'hydrogène en combustion. Au bout de quelque temps^ cette énorme augmentation d'éclat a peu à peu diminué et l'étoile est redescendue à son état primitif. Or, imaginons le Soleil envahi de la même manière et songeons à ce que deviendrait notre Terre, si la chaleur solaire se trouvait tout à coup décuplée et cela pendant un ou deux mois

seulement. N'est-il pas certain que rien de ce qui a vie sur la planète, ne résisterait à pareilles conflagrations ? Plus tard sans doute, la vie pourrait renaître, mais à coup sûr, Tanéantissement, la fin du monde actuel, qui seule nous intéresse, se trouverait réalisée. Notons seulement que des événements de ce, genre sont, dans le ciel que nous observons, d'une rareté excessive.

§ 2. — L'âge relatif du Soleil, de la Terre et

des planètes.

Nous venons de jeter un coup d'œil sur l'avenir lointain de notre monde planétaire.

Essayons maintenant de remonter dans le passé.

Dans Tétat actuel des choses, notre système est formé de trois groupes de planètes, ainsi rangées dans l'ordre de leurs distances croissantes au Soleil. Le premier groupe comprend quatre planètes, Mercure, Vénus, la Terre et Mars, dont les dimensions et les masses sont intermédiaires entre celles des individus composant les deuxautres groupes :

ce sont les planètes moyennes, h^ second groupe, celui des petites planètes^ renferme plus de trois cents individus et, comme on en découvre chaque année de nouvelles, il est très probable que leur nombre atteint plusieurs milliers. Au delà des petites planètes, circule le groupe des quatre grosses planètes^ Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.

Laissant de côté pour le moment les comètes, qui ne paraissent pas avoir avec les planètes une origine commune, voyons s'il est possible, dans Tétat actuel des connaissances astronomiques, d'avoir quelques notions sur leur âge.

Il faut, pour cela, nous reporter à leur mode de formation, après l'époque où la nébuleuse solaire avait achevé de se condenser en un noyau lumineux ; malgré cette condensation, le Soleil était encore enveloppé d'une atmosphère de vapeurs qui s'étendait jusqu'au point où la force centrifuge due au mouvement de rotation balançait la pesanteur. Par le refroidissement de ces vapeurs et leur condensation, ce pointlimite se rapprochant toujours du centre, des zones de vapeur

se sont trouvées abandonnées successivement dans le plan de Féquateur solaire, en restant d'ailleurs animées du mouvement qui les entraînai l auparavant.

On sait que c'est à ces abandons successifs des zones de vapeurs qui appartenaient primitivement à l'atmosphère du Soleil, que sont dues les planèles du système et ultérieurement leurs satellites. La théorie cosmogonique esquissée par Laplace et admise aujourd'hui, sauf quelques modifications, dans la science, rend ainsi compte du sens des mouvements de translation et de rotation, de la faible inclinaison et de la faible excenlricilé des orbites. Or, elle suffît pour montrer quel a dû être l'ordre de formation des planètes, et leur ancienneté relative. .

Des planètes connues, Neptune est donc la plus ancienne : c'est le premier-né du Soleil ; puis vinrent successivement Uranus, Saturne et Jupiter ; les petites planètes.

Apl'ès, toujours suivant l'ordre décroissant des distances, Mars, la Terre, Vénus et Mercure. On voit que nous sommes ainsi relati-.

veulent nouveaux dans notre monde solaire.

Quant à l'évaluation des âges, à la possibilité d'indiquer un nombre même largement approché qui donne ces âges en révolutions de la Terre, en années, on comprend que cela n'est point possible. Si l'on admettait l'un des chiffres de Thomson, cinq cents millions d'années comme limite du temps écoulé depuis la condensation de notre nébuleuse, on pourrait le considérer aussi comme s'appliquant à la date de la formation de Neptune. Mais peut-être la dernière par la distance et la première en date des planètes est-elle beaucoup plus vieille que ne le marque ce nombre hypothétique de cinq millions de siècles. Qu'est-ce d'ailleurs que tout cela au regard de l'infini du temps passé !

A voir les deux groupes extrêmes, grosses planètes et planètes moyennes, que séparent si curieusement les centaines de planélicules qui se meuvent entre les orbites de Mars et de Jupiter, il semble qu'il y ait eu là deux phases bien distinctes dans l'acte générateur des planètes. Ce qui donne de la vraisemblance à cette hypothèse, ce sont les analogies caractérisant les éléments de chaque

groupe, et les différences non moins tranchées qu'accusent ces mêmes éléments d'un groupe à l'autre. Les volumes et les masses des grosses planètes sont du même ordre de grandeur et sont considérables, si on les compare aux masses et aux volumes des planètes moyennes. L'inverse a lieu pour les densités, ce qui s'explique aisément si l'on songe que les vapeurs dont la condensation a donné naissance aux planètes les plus éloignées devaient avoir une moindre densité à mesure que croissaient leurs distances au Soleil. Les grosses planètes sont animées de rapides mouvements de rotation; les moyennes au contraire tournent beaucoup moins vite sur leurs axes.

Quant à l'anneau de petites planètes, intermédiaire entre les deux groupes extrêmes, sa formation semble s'être effectuée dans des conditions spéciales et tout autres. Quand les trois ou quatre premiers individus furent découverts, la quasi intersection des orbites fit croire que c'étaient les débris d'une planète unique : la suite fit bientôt reconnaître que l'hypothèse n'était pas fondée. Toute-

fois, il paraît certain que ces milliers de corps accumulés dans une région de largeur restreinte, se sont formés aux dépens de la même zone vaporeuse. Des conditions particulières, peut-être Tinfluence perturbatrice de la masse de Jupiter, ont empêché la condensation de cette zone en une planète unique.

Les planètes ont-elles passé par les mêmes phases de formation que le Soleil? Toutes proportions gardées au point de vue de la grandeur et de la durée des phénomènes, les masses de vapeurs d'où elles sont nées par voie de condensation, ont-elles été autant de noyaux incandescents? On peut répondre affirmativement à cette question pour la Terre, dont le noyau intérieur est encore en fusion, au moins dans une notable partie. Dès lors, il n'y a pas de raison pour refuser le même état physique aux autres planètes. Toutes, dans une phase plus ou moins prolongée de leur existence, auraient brillé comme autant d'étoiles, de sorte que le Soleil vu de l'espace aurait paru alors comme une étoile double, ou même comme

une étoile multiple. Cette hypothèse, très vraisemblable, étant admise comme un fait, on peut se demander depuis quel temps l'incandescence dont nous parlons a cessé. C'est ce qu'ont fait W. Thomson et Tait, tout au moins pour notre planète; ces savants ont calculé quelle devrait être aujourd'hui la distribution de la chaleur interne, si Ton supposait que depuis cent millions d'années le globe terrestre en fusion est en voie de refroidissement ; ils ont trouvé que la température devait croître avec la profondeur, dans la proportion d'un degré centigrade par 90 pieds anglais (27", 5). Or tel est préprécisément le chiffre moyen donné par les recherches expérimentales. « Lorsque nous considérons, dit William Thomson, l'état de la température souterraine, nous sommes conduits par toute espèce de considérations à conclure que l'état actuel des choses sur la Terre, la vie que nous y voyons, toute la série géologique dont nous considérons le développement, doivent être limités à une période d'une centaine de millions d'années. ))

Cela nous donne une idée de l'âge de la Terre, du temps écoulé depuis qu'elle a cessé d'être incandescente, ou, si l'on veut, de briller comme une étoile, pour passer à l'élal d'astre obscur. Mais nous n'en pouvons rien conclure de la durée des périodes antérieures pendant lesquelles la zone nébuleuse qui l'a formée, s'est condensée, puis liquéfiée sous la forme d'un sphéroïde animé d'un mouvement de rotation dont la vitesse a dû diminuer à mesure que le refroidissement contractait son volume.

Par voie d'analogie, on peut étendre à toutes les planètes, les conclusions précédentes au moins dans leur généralité ; car, pour ce qui regarde les durées des phases de leur formation^ il est probable qu'on trouverait des nombres différents d'une planète à l'autre, s'il était possible de recueillir des données analogues à celles qui sont entrées comme éléments du calcul dans les nombres établis par les savants anglais. Malheureusement ces données manquent, et sans doute nous feront toujours défaut.

§ 1. — Découverte et description des anneaux saturniens.

QueJ monde étrange que celui de Saturne, entouré de son triple anneau et de ses huit satellites!

Figurez-vous un globe énorme, capable de contenir 750 globes égaux en volume à celui de notre Terre, tournant sur son axe en un peu plus de dix heures. Une pareille vitesse de rotation développe à Téquateur une force centrifuge considérable, qui explique le fort aplatissement des pôles : la matière dont Saturne est composé, qui, dans le caâ du repos, eût été disposée sous la forme

d'une sphère, refoulée en un bourrelet épais à Téquateur et dans les régions voisines de Téquateur, sous Taclion de la force centrifuge, a laissé à chaque pôle une dépression que Tobservateur distingue au premier coup d'œil, avant toute mesure comparative des diamètres, équatorial et polaire. C'est là du reste un témoignage de Tétat fluide où Saturne s'est trouvé à l'époque de la formation de son globe, et rien ne prouve qu'actuellement cette fluidité n'existe pas encore.

Une particularité curieuse, c'est l'irrégularité de forme du disque. Dès le siècle dernier, W. Herschel constatait ce fait, que le plus grand diamètre n'est pas le diamètre équatorial, comme cela devrait être si Saturne avait la forme d'un ellipsoïde de révolution; le diamètre maximum est celui qui aboutit à une latitude d'environ 45% de sorte que le disque a l'aspect d'une sorte de quadrilatère curviligne. Le célèbre astronome attribuait cette anomalie à l'attraction de l'anneau, mais Bessel a établi que cette influence ne saurait expliquer la forme révélée par les observations. Cependant il n'y a

pas de doute que l'inégalité constatée esl réelle; elle apparaît avec évidence dans la belle série de dessins de Saturne qu'a publiés l'astronome américain G. P. Bond. Il reste à savoir quelle cause physique Ta produite.

Il semble donc que Saturne soit un globe grossièrement ébauché.

En revanche, il offre une merveille unique jusqu'à présent dans les curiosités du ciel. Je veux parler du système de ses anneaux, de ce ruban mystérieux dont la triple lumière, grisâtre, blanche, puis transparente et vaporeuse, entoure le globe de Saturne à distance, tournant en même temps que lui et sensiblement autour du même axe, avec une vitesse à peu près égale à celle de la rotation saturnienne, qu'elle surpasse de quelques minutes seulement.

On connaît la bizarre histoire de la découverte des anneaux de Saturne.

C'était à Taurore de l'invention des lunettes et des télescopes, et de leur application aux observations astronomiques. Galilée venait de braquer le nouvel instrument,

bien peu puissant encore, sur les étoile^, le

Soleil, la Lune et les planètes. Le monde des savants était dans Tentliousiasme des premiers résultats : le ciel agrandi, la Voie Lactée se réduisant en une poussière d'étoiles, Vénus et ses phases, le Soleil avec ses taches, la Lune avec ses montagnes, toutes ces nouveautés qui révolutionnaient les idées anciennes sur rUnivers, avaient prédisposé les esprits aux découvertes les plus inattendues. L'étonnement fut grand toutefois, quand Galilée annonça que la planète Saturne, la plus éloignée dans le monde solaire alors connu, paraissait triple au foyer desalunette. Dans une lettre que le grand astronome écrivait à Julien de Médicis, le 13 novembre 1610, il faisait part à ce dernier de la singulière découverte qu'il avait faite dans le courant de l'été de la même année. Voici en quels termes : « Quand j'observe Saturne avec une lunette d'un pouvoir grossissant de plus de trente fois, l'étoile centrale paraît la plus grande ; les deux autres, situées l'une à l'orient, l'autre à l'occident, et sur une ligne qui ne coïncide pas avec la direction du zodiaque, semblent la loucher. Ce sont comme

deux serviteurs qui aident le vieux Saturne à faire son chemin et restent toujours à ses côtés. Avec une lunette de moindre grossissement, Tétoile paraît allongée et de la forme d'une olive. »

Galilée poursuivit ses observations; il vit avec surprise que les deux étoiles latérales s'affaiblissaient peu à peu ; en novembre 1612 elles disparurent et il considéra ses observations antérieures comme dues à des illusions d'optique : il ne s'occupa plus de Saturne.

D'autres observateurs revirent les mêmes phénomènes, mais si peu distinctement qu'ils ne purent en déterminer la nature, de sorte que c'est à vrai dire Huygens qui découvrit les anneaux de Saturne, en 1655, c'est-à-dire 45 ans après les premières observations de Galilée.

C'est Huygens en effet qui, le premier, donna la véritable explication des apparences singulières sous lesquelles Saturne s'était montré à Galilée et aux astronomes ultérieurs. Il avait lui-même construit le télescope qui lui révéla l'existence d'un anneau mince, entourant la planète a distance. Cet appendice

de forme circulaire se montrait plus ou moins puverl selon l'époque, la position relative de Saturne et de la Terre, en un mot selon les règles de la perspective. Sa disparition momentanée s'expliquait avec la même facilité, soit quand le plan de l'anneau, se mouvant parallèlement à mesure que Saturne lui-même se mouvait sur son orbite, venait à passer par le Soleil, soit quand le même plan rencontrait la Terre. Dans le premier cas, l'anneau n'étant plus éclairé que par sa tranche devenait invisible; dans le second cas, sa disparition était due a ce que l'observateur ne pouvait voir que cette tranche elle-même, trop déliée pour être distinguée à l'aide des premiers télescopes.

A mesure que les instruments se perfecfectionnèrent, et que les études du merveilleux appendice se multiplièrent, tous les détails de sa structure se firent peu à peu connaître. On reconnut d'abord que l'anneau était double, l'anneau extérieur moins large et moins brillant que l'anneau intérieur, avait une teinte grisâtre, à peu près semblable à celle du globe de la planète; l'autre, d'une

blancheur qui décroît à mesure que Ton considère des parties plus voisines de Saturne, est séparé du premier par un espace étroit, une ligne noire qui laisse voir le ciel dans l'intervalle.

Depuis, un troisième anneau, mais obscur ou plutôt transparent, puisque le globe de la planète se distingue au travers, a été reconnu : c'est le plus rapproché de Saturne.

Puis des divisions nouvelles ont laissé soupçonner que ces trois anneaux concentriques se partagent eux-mêmes en divers anneaux distincts : Bond n'en a pas compté moins de trois sur Tanneau extérieur qui se composerait ainsi de quatre anneaux contigus.

On a mesuré avec soin, avec une précision minutieuse, toutes les parties de ce singulier appendice, en diamètre, en largeur, en épaisseur. On a relevé toutes les particularités de sa structure, pendant toute la durée des phases sous lesquelles il se montre à la Terre.

§ 2. — Équilibre des anneaux.

Le mobile de toutes ces recherches n'était

pas seulement la curiosité : il s'agissait surtout de savoir quelle était la nature physique des anneaux saturniens^ s'ils étaient animés d'un mouvement de rotation sur eux-mêmes, comme semblait le nécessiter l'état d'équilibre qui les suspend ainsi dans le ciel de Saturne, sans le secours d'aucun support.

Forment-ils une masse continue, solide ou liquide; sont-ils d'une constitution gazeuse ou vaporeuse, ou enfin ne doit-on y voir que l'ensemble d'une multitude de corpuscules indépendants, circulant comme autant de satellites distincts autour de la planète?

Toutes ces hypothèses ont été proposées, et Ion peut voir au simple énoncé, qu'elles ont pour objet la solution d'un problème intéressant de mécanique céleste et aussi d'astronomie physique.

Voici ce que Laplace dit sur ce sujet dans V Exposition du système du monde :

« Par quel mécanisme ces anneaux se soutiennent-ils autour de cette planète? Il n'est pas probable que ce soit par la simple adhérence de leurs molécules; car alors, leurs parties voisines de Saturne, sollicitées par

Faction toujours renaissante de la pesanteur se seraient à la longue détachées des anneaux qui, par une dégradation insensible, auraient fini par se détruire, ainsi que tous les ouvrages de la nature, qui n'pnt point eu les forces suffisantes pour résister à Faction des causes étrangères. Ces anneaux se maintiennent donc sans effort et par les seules lois de l'équilibre; mais il faut pour cela leur supposer un mouvement de rotation autour d'un axe perpendiculaire à leur plan, et passant par le centre de Saturne, afin que leur pesanteur vers la planète soit balancée par leur force centrifuge due à ce mouvement.

« Imaginons un fluide homogène, répandu en forme d'anneau, autour de Saturne; et voyons quelle doit être sa figure, pour qu'il soit en équilibre, en vertu de l'attraction mutuelle de ses molécules, de leur pesanteur vers Saturne et de leur force centrifuge. Si, par le centre de la planète, on fait passer un plan perpendiculaire à la surface de l'anneau, la section de l'anneau par ce plan est ce que je nomme courbe génératrice. L'analyse fait voir que si la largeur de l'anneau est peu

considérable par rapport à sa distance au centre de Saturne, l'équilibre du fluide est possible, quand la courbe génératrice est une ellipse dont le grand axe est dirigé vers le centre de la planèj.e. La durée de la rotation de l'anneau est à peu près la même que celle de la révolution d'un satellite mû circulairement à la distance du centre de l'ellipse génératrice, et cette durée est d'environ 4 heures 1/3 pour l'anneau intérieur (1).

Herschel a confirmé par l'observation ce résultat auquel j'avais été conduit par la théorie de la pesanteur. »

Laplace ajoute que l'équilibre subsisterait encore si l'on supposait à l'anneau des largeurs inégales dans ses diverses parties ; on peut même le supposer à double courbure.

Ces inégalités s'accorderaient d'ailleurs avec les observations : aux époques d'apparition et de disparition de l'anneau, on a remarqué que les deux bras présentaient des phénomènes différents ; de telles irrégularités, loin

(1) Soit 0,433 en parties décimales du jour ou 10 heures 12 minutes sexagésimales.

de nuire à la stabilité « sont même nécessaires pour maintenir l'anneau en équilibre autour de la planète ; car s'il était parfaitement semblable dans toutes ses parties, son équilibre serait troublé par la force la plus légère, telle que l'attraction d'un satellite, et l'anneau finirait par se précipiter sur la planète ».

Laplace suppose que l'anneau en chacune de ses parties forme un tout continu, cohérent, qu'en un mot son état physique est celui d'un solide se mouvant tout d'une pièce autour de Saturne. Une telle constitution est-elle possible? C'est là un problème dont Fétude a été reprise, dans ces derniers temps, en s'aidant de toutes les ressources que les progrès de la mécanique et de la physique ont apporté à l'examen des questions de ce genre.

Un de nos savants et regrettés compatriotes, M. Hirn, a prouvé que les conditions de stabilité posées par Laplace, l'existence d'inégalités (ou d'un lest) et le mouvemen de rotation, nécessaires dans l'hypothèse de l'état solide des anneaux, sont d'ailleurs insuffisantes pour en assurer la durée. Des

anneaux solides ne pourraient, sans danger de désagrégation et de rupture, avoir chacun qu'une très faible largeur; il faudrait donc admettre que ceux qu'on observe sont en réalité formés d'une multitude d'anneaux concentriques, emboîtés les uns dans les autres et animés chacun d'une vitesse de rotalion particulière (1). Mais alors même, il faudrait supposer que la matière constituant ces anneaux est douée d'une rigidité et d'une cohésion presque infinie, c'est-à-dire se placer en dehors de toutes les propriétés connues des corps.

(1) « Uune des raisons de Timpossibilité de Texistence d'un anneau solide d'une pièce et d'une certaine largeur, repose sur ce fait : que, dans un tel anneau, la vitesse angulaire étant partout la môme, la force centrifuge est proportionnelle aux rayons, tandis que l'attraction de la planète reste proportionnelle à la raison inverse du carré de ces rayons; il ne peut donc exister qu'une seule nappe cylindrique où il y ait équilibre entre la force centrifuge et la somme de toutes les attractions qui tendent à faire tomber les molécules vers n (Saturne). La cohésion et l'attraction réciproque des parties peuvent seules, par conséquent, empêcher la rupture de l'anneau sur tout son pourtour. » (Mémoire sur les conditions d'équilibre et la nature probable des anneaux de Saturne^ par G. -A. Hirn.

Hirn examina ensuite Thypothèse où les anneaux restant continus, sont fluides, c'està-dire liquides ou gazeux : cette hypothèse est d'autant plus naturelle que, selon toutes probabilités, tel a été Tétat primitif des anneaux. Dans ce cas, la mobilité des molécules permet, aux différentes nappes cylindriques constituant Tanneau, des vitesses variables, de telle sorte que partout la force centrifuge fasse équilibre à l'attraction de la planète, et dès lors, il semble que l'équilibre et la stabilité du système se trouveraient assurés. Mais, ce ne pourrait être pour longtemps.

En effet, l'inégalité de vitesse des nappes cylindriques donnera lieu, quelque fluidité qu'on suppose à Tanneau, à des frottements tendant à égaliser les vitesses des molécules. Au bout d'un temps plus ou moins court, cette tendance se réaliserait effectivemeni, mais alors à la perte de force vive qui en résulterait correspondrait nécessairement une élévation de température de Tanneau. Que ce dernier soit gazeux ou liquide, le même phénomène se produira sous une forme ou une autre, et il en résultersi une diminution

du mouvement, par suite un rapprochement de toutes ses parties du globe de Saturne.

« Si les anneaux sont gazeux ou même liquides, conclut M. Hirn, leur sort inévitable sera, non pas du tout de tomber d'un côté sur la planète, et de s'en écarter de l'autre, mais de s'en rapprocher lentement dans toutes les directions et de finir par se confondre avec elle.

« Nous voici amenés de nouveau en face d'un événement des plus redoutables, en apparence du moins, pour l'existence d'un monde. Il ne s'agit plus, il est vrai, de ce cataclysme subit dont nous croyions Saturne menacé par suite de la chute, ou même seulement par l'écroulement de ses anneaux supposés solides. Il s'agit d'un de ces phénomènes à marche graduée, relativement lente mais certaine, comme c'est le caractère à peu près général des grands phénomènes de la nature. Mais il n'en est pas moins vrai que les conséquences d'un tel événement pourraient être terribles pour les habitants de la planète. Les anneaux, en effet, ne fussent-ils constitués que par un gaz semblable à celui

de Tatmosphère, ou d'un liquide semblable à celui des mers, radjonction d'une nouvelle masse atmosphérique à Tancienne, d'une nouvelle masse liquide aux mers déjà existantes, n'en serait pas moins un fait capital quant à l'existence des êtres vivants.

Du reste, dans l'opinion de M. Hirn, un tel événement, bien qu'il doive s'accomplir peu à peu, ne serait pourtant pas un de ces phénomènes astronomiques à longue échéance, comme la chute possible de lacomèle d'Encke sur le Soleil. « Des variations de densité ou de dimensions de plus d'un centième s'effectuant de cinq en cinq heures dans ïes deux moitiés opposées des anneaux, supposent une telle dépense continue de force vive à réparer sans cesse aussi par la marche graduée de toutes les molécules vers le centre de gravité de la planète, que ce n'est pas par siècles, mais par années, par mois, qu'il faudrait compter ce qui reste d'existence à chacun dès anneaux. » Or leur persistance, depuis l'époque de leur découverte par Huygens, montre assez qu'il n'y a pas à craindre une

disparition aussi rapide de ces appendices:

ce serait déjà un fait accompli.

La conséquence à tirer de là, d'après le savant physicien, c'est que les anneaux ne sont pas plus liquides et gazeux qu'ils ne sont une masse solide continue. Quelle est donc en définitive la structure des anneaux saturniens? « Elle est des plus faciles à déterminer, dit-il, car c'est la seule naturelle et possible. Au lieu de supposer sans motifs un état solide continu qui ne comporterait pas même une centaine de révolutions des anneaux sur leur centre, admettons de suite qu'ils sont formés de matière à l'état solide, mais discontinu^ désagrégé^ de parties très petites séparées par des intervalles relativements très grands, aussi vides de matière que l'est tout le reste des espaces stellaires ; admettons qu'à un moment donné toutes ces parcelles matérielles aient eu une vitesse et une direction telles que la force centrifuge ait fait à fort peu près équilibre à l'attraction de la planète. » M. Hirn examine alors un à un les phénomènes que doit présenter un anneau ainsi constitué, et il montre que ces

phénomènes répondent rigoureusement d'une part aux données de la mécanique rationnelle, d'autre part aux données les plus récentes de l'observation.

Et d'abord l'aspect de l'anneau vu à distance sera bien celui d'une nappe lumineuse continue : n'y eût-il par mètre cube qu'une parcelle solide de quelques millimètres, la somme des lumières ainsi réfléchies produira l'effet d'un ensemble solide éclairé par le Soleil. Chaque parcelle décrivant autour du centre de gravité de Saturne une orbite elliptique indépendante, c'est l'ensemble de toutes ces orbites qui détermine la forme apparente de l'anneau.

Par cela même que, par leur nombre incalculable, les parcelles solides nous renvoient une masse de lumière qui donne à l'ensemble l'aspect d'une surface lumineuse continue, elles interceptent la lumière solaire qui, sans elles, irait frapper et illuminer la surface de Saturne. Ainsi s'explique tout naturellement l'ombre que projette l'anneau sur la planète. La faible épaisseur des anneaux, les inégalités de lumière qui ont permis à

W. Herschel de délerminer la durée de la rotation, les changements constatés par Struve dans la largeur des anneaux, la diaphanéilé de l'anneau intérieur, sont autant de phénomènes qui s'expliquent tout naturellement dans l'hypothèse d'une matière discontinue. D'un autre côté, la conservation des appendices n'est plus sujette aux objections qui ne permettent pas d'admettre que les anneaux de Saturne soient constitués par des masses continues, solides, liquides ou gazeuses.

L'exposé qu'on vient de lire des idées du savant physicien et ingénieur, sur la constitution des anneaux saturniens, ne fait que résumer ses conclusions en indiquant quelques-unes des raisons invoquées à l'appui.

Je renvoie au mémoire original ceux de mes lecteurs qui désireraient connaître la démonstration analytique et rigoureuse. D'ailleurs, tout en estimant que la constitution interne actuelle des anneaux est vraisemblablement conforme à son hypothèse, M. Hirn, avec une réserve qui l'honore, ajoute que « c'est à l'observation seule à changer la probabilité

en certitude. La détermination rigoureuse, dit-il, des durées de là rotation du bord externe et du bord interne de l'un des anneaux, si quelques inégalités de couleur ou d'^éclat le permettent, conduira rapidement au but. Si ces durées sont égales, il sera prouvé que cet anneau est encore aujourd'hui gazeux ou liquide. Si elles sont inégales, si celle du bord interne est moindre que celle du bord externe, il sera tout aussi bien prouvé que cet anneau est formé de parties solides disjointes et très éloignées les unes des autres. »

L'idée fondamentale qui fait des anneaux de Saturne un assemblage de corpuscules indépendants n'est pas nouvelle. Dionis du Séjour, au siècle dernier, l'attribuait à Cassini (Domin.). Voici un passage des Eléments d'Astronomie de Cassini II, où l'hypothèse est nettement formulée : « Cette apparence, dont nous ne voyons aucun exemple dans les autres corps célestes, nous a donné lieu de conjecturer que ce pouvoit être un amas de satellites, tous disposés â peu près

sur un même plan, lesquels font leurs revoie

lutions autour de cette planète : que leur grandeur est si petite, qu'on ne peut les apercevoir séparément, mais qu'ils sont en même temps assez près Tun de l'autre pour qu'on ne puisse point distinguer les intervalles qui sont entre eux, en sorte qu'ils paroissent former un corps continu. »

Il n'y avait là qu'une conjecture, et c'est de nos jours seulement que, sous le flambeau de l'analyse et en s'appuyant sur une branche toute nouvelle de la mécanique physique, la thermodynamique, la théorie pouvait prendre un corps. Un savant anglais d'un grand mérite, M. ClerkMaxwel, est arrivé de son côté à des conclusions qui ont une grande analogie avec celle de Hirn; voici en quels termes il résumait, dès 1859, ses recherches sur cette question épineuse :

« Le résultat final de cette théorie mécanique est que le seul système d'anneaux qui puisse exister doit être composé d'un nombre indéfini de particules indépendantes, tournant autour de la planète avec des vitesses différentes, selon leurs distances respectives. Ces particules peuvent être rangées en séries

d'anneaux étroits, ou bien elles peuvent se mouvoir à travers leur ensemble d'une manière irrégulière. Dans le premier cas, la destruction sera extrêmement lente ; dans le second, elle sera plus rapide; mais il pourrait se produire une tendance vers un arrangement qui retarderait le progrès de la destruclion (1). ))

Enfin, M. E. Roche, dans son beau Mémoire sur la Constitution et l'origine du système solaire^ arrivait aux mêmes conclusions par une voie différente, en prouvant Fimpossibilité de l'existence permanente d'un satellite à la place de l'anneau. «Si par impossible, dit-il, ce satellite a existé, il s'est dissous immédiatement en parcelles séparées par des intervalles plus ou moins grands, mais probablement d'un ordre supérieur à leurs dimensions. Au lieu d'un corps continu, ce n'est plus qu'un nuage, un tourbillon de poussière ; mais l'apparence est toujours celle d'un véritable anneau. »

(1) Monthly Notices, t. XÏX.

§ 3. — Origine des anneaux de Saturne.

S'il est intéressant de connaître la constitution actuelle des anneaux de Saturne, il ne Test pas moins de se demander comment ils ont pris naissance.

On sait que Laplace considérait leur existence comme un témoignage toujours subsistant de Textension primitive de l'atmosphère de Saturne et de ses retraites successives ; phénomène en tout point semblable à l'abandon des zones de vapeurs détachées de l'atmosphère du Soleil, qui ont fini par donner naissance aux planètes.

Cette question d'grigine a été reprise par les savants cités plus haut, MM. Hirn et Roche. Voici comment M. Hirn l'a résolue et quelle explication il propose de la formation des anneaux :

Il se reporte en pensée non à la nébuleuse primitive d'où le Soleil et le système des planètes a pris naissance, selon l'hypothèse de Laplace, mais à l'époque beaucoup plus rapprochée où les noyaux partiels, destinés à devenir des planètes, avaient pris eux-mêmes

une forme distincte, quoique maintenus en grande partie encore à Tétat de vapeur. En raison de leur immense volume et de la grande distance, par conséquent, de leurs partie^ extérieures au centre de gravité commun, ces amas vaporeux affectant la forme d'ellipsoïdes très aplatis, ont à la longue^ par suite du refroidissement, laissé échapper des anneaux à leurs limites extérieures, anneaux qui ont plus tard formé les satellites des planètes. D'autres, comme ceux de Saturne, ont subsisté; ce qu'il importe de.

savoir, c'est la raison de ces différences :

Pourquoi tantôt s'est-il formé un satellite,, tantôt — cas du reste beaucoup plus rare—, im anneau a-t-il persisté? Selon M. Hirn, cela a dépendu à la fois des propriétés physiques et de la nature chimique de leurs parties constituantes. Citons textuellement : /

« 4° Il a dû se former un sateUite, lors*qu'un de ces anneaux distincts, ou un segment d'anneau, avait dans sa totalité une nature chimique extrêmement complexe,»

lorsqu'il était formé du mélange des vapeurs d'un grand nombre d'élémehls différents..

comme ce serait le cas si, par exemple, la Terre, la Lune étaient réduites en vapeur.

Le refroidissement a déterminé, dans ce cas, la production d'un mélange hétérogène de combinaisons définies, les unes gazeuses, d'autres liquides etpâteuses, d'autres solides. Un pareil anneau a dû se rompre, et puis ses parties, en obéissant à leurs attractions réciproques, ont pu se réunir en sphéroïdes distincts.

« 2° Mais supposons un anneau formé de ces gaz que nous avons longtemps crus permanents, et de vapeurs se condensant à des températures relativement basses et se réduisant alors en liquides très fluides. Prenons comme exemple particulier ce qui a pu être la vérité quant à notre Terre ; supposons un anneaii formé d'air atmosphérique et de vapeur d'eau. Cet anneau sera d'abord, et pendant longtemps, tout à fait gazeux; puis, à mesure que sa température s'abaissera, il s'y condensera de plus en plus d'eau sous forme de brouillard ; mais son sort inévitable sera celui que nous avons reconnu plus haut ; par suite des frottements et des choCs con-

tiaus qui ont lieu dans ses parties, il perdra peu à peu sa vitesse, se rapprochera de plus eu plus de la planète, et finira par se confondre avec ses parties constituantes. Il se peut très bien, disons même, il est très probable que notre Terre (et les autres planètes) aient été, pendant un temps très long, privées d'atmosphère et de mers, et que celles-ci ne se soient réunies à la masse centrale qu'après un refroidissement déjà fort notable de tout Tensemble.

« 3° Enfin supposons que l'anneau, d'une nature chimique encore plus simple, soit formé du mélange d'un gaz permanent en grand excès et d'une vapeur susceptible de se condenser en un liquide dont le point de congélation ne soit pas très éloigné du point d'ébuUition, sous la pression, en tous cas très faible, à laquelle il était soumis. Que se passera-t-il, quant à cet anneau dans son ensemble?

« Il est évident qu'à un certain terme du refroidissement il sera constitué par une sorte de mélange de gaz en excès, et de gouttes d'abord liquides, puis solides, se-

parées les unes des autres par des intervalles d'autant plus grands, que la vapeur aura été en moindre quantité par rapport au gaz.

« La partie gazeuse . de cet anneau se trouvera dans les conditions de mobilité interne dont nous avons parlé, les partiessolides et disjointes se trouveront déjà à peu près dans les conditions requises pour constituer un anneau durable. Les deux corps distincts et mêlés formeront d'abord ensemble un anneau unique tournant autour de la planète centrale ; mais les molécules gazeuses sont ici, pour ainsi dire, tout à fait libres et indépendantes par rapport aux parties solides qui se trouvent désormais dans la masse; pendant leur révolution rapide autour du centre de gravité de l'ensemble, elles subiront les changements de vitesse, de direction^ auxquelles ne participeront qu'à un très faible degré les particules solides. P^u à peu donc^ l'anneau gazeux se contractera dans tout son pourtour et diminuera de plus en plus en diamètre. Ce mouvement moyen et très lent vers le centre commun, ne se communiquera que très partiellement aux parties solides.

Finalement ces dernières, abandonnées com^ plètement par Tanneau gazeux dans le vide des espaces stellaires, suivront des orbites désormais régulières, tandis que l'anneau gazeux se rapprochera de plus en plus delà planète, pour se confondre enfin avec son atmosphère propre.

« Nous arrivons à une solution encore plus simple du problème, en supposant que l'anneau ait été formé par les vapeurs de deux corps solides susceptibles de se combiner.

Pour prendre un exemple entre mille, j'admettrai un mélange de vapeur de zinc et de vapeur de soufre en grand excès, à une température telle que les corps ne puissent encore se combiner, ou se trouvent à cet étal de dissociation complète, si bien étudié par M. H. Sainte-Claire Deville, état qui est probablement encore aujourd'hui celui des éléments du Soleil, ainsi que l'établit la belle théorie de M. Faye. Dès que l'abaissement de température aura rendu la combinaison possible, il se produira du sulfure de zinc, d'abord sous forme de brouilla^d, puis des gouttelettes liquides, puis enfin des gouttelettes

solides éparpillées dans Texcédent de vapeur de soufre qui se condensera et se solidifiera à son tour à Tétat de poussière infinitésimale.

« Telle est l'origine très probable et très naturelle des anneaux de Saturne. Leur présence, tout exceptionnelle aujourd'hui, dans notre monde planétaire, dépend de ce fait, que pour que leur formation, et surtout leur durée, devinssent possibles, il fallait que Tanneau primitif fût d'une composition chimique à la fois très simple, mais particulière, capable de donner lieu à des fragments solides, isolés les uns des autres; il fallait, en un mot, qu'il eût une composition exceptionnelle. Les anneaux constitués autrement, au point de vue de leur nature chimique, ont donné naissance aux satellites, ou 07%t disparu de la scène du monde. Peut-être même ces derniers étaient-ils les plus nombreux à l'origine. »