MOUVEMENT DE ROTATION DE LA. TERRE
25. PoatlbUitë du mouTsment de rotation de la terre. — Nous venons d'expliquer les apparences du mouvement diurne en sunoosant toutes les étoiles attachées h la surface d'une im-
18 COSMOGRAPHIE CLÉMENTAIRB.
niense sphère creuse, et en admettant que cette sphère tournait d'une seule pièce d'orient en occident autour de la ligne des
pôles. Mais nous avons déjà reconnu que la terre était isolée dans l'espace; estelle en repos ou en mouvement? C'est un point qu'il importe de discuter dès à présent. En définitive, le mouvement de la âphère céleste par rapporta la terre n'est qu'un mouvement relatif. Dès lors, il y a deux manières d*expliquer Fig. li. le mouvement diurne : ou
c'est la sphère céleste qui tourne autour de la terre supposée fixe ; ou bien c'est la terre qui tourne en sens contraire, c'est-à-dire d'occident en orient, autour de la ligne des pôles. Il est facile de voir que les apparences restent les mômes dans les deux hypothèses.
La terre est à peu près sphérique, ainsi que nous le démontrerons plus loin; soit le globe terrestre (fig. 11). Supposons les étoiles fixes sur la voûte céleste et admettons que la terre tourne de gauche à droite. Un observateur situé en m et dont l'horizon serait représenté par HH' verrait toutes les étoiles supérieures au plan HH' ; mais l'horizon de l'observateur change à chaque instant, par suite du mouvement de rotation de la terre; lorsque l'observateur sera en m', il verra l'étoile E, tandis qu'il aura cessé de voir l'étoile L. La première sera levée pour lui, tandis que l'autre sera couchée. Quand l'observateur sera en m", l'étoile E aura monté dans le ciel, tandis que d'autres étoiles se seront abaissées, par suite du déplacement de l'horizon. En un mot, les apparences restent identiquement les mêmes. Comme dans l'autre hypothèse, les étoiles paraîtront décrire des circonférences de cercle dont le plan sera perpendiculaire à la ligne des pôles. L'effet est le même que pour un observateur qui se trouve sur un bateau à vapeur en marche sur une rivière. Si le mouvement a lieu sans secousses, le voyageur se croit immobile et il attribue aux points fixes des rives le mouvement qu'il partage. De même, sur le globe terrestre, l'observateur qui se croit immobile attribue aux astres le mouvement qu'il subit, sans s'en douter; de là les apparences que nous avons signalées.
MOUVEMENT DIURNE. |q
26. Preuves de la rotation de la terre. — Les deux hypothèses nous conduisant aux mêmes résultats, quelle est celle que nous devons préférer ?
Si les étoiles étaient, ainsi que Tout supposé les anciens d*a« près Anaœiménès^ qui vivait environ 550 ans avant Jésus- Christ, fixées à la surface d'une immense sphère de cristal, il ne serait pas plus difficile d'admettre le mouvement de cette sphère que celui du globe terrestre. Mais cela n'a pas lieu ; plusieurs observations ont démontré d'une manière incontestable que les étoiles ne sont pas de simples points lumineux liés enbre eux d'une manière invariable. Il est prouvé aujourd'hui que ce sont des corps indépendants les uns des autres. Or, il est très-difficile de comprendre comment le mouvement commun de tous ces corps séparés peut avoir lieu autour d'un axe passant par la terre. Les distances des étoiles à l'axe de rotation diffèrent considérablement; cependant tous les astres décrivent leurs trajectoires dans le môme temps, malgré des différences de vitesse considérables. Quelle complication I N 'est-il pas plus naturel d'admettre que ce petit corps qu'on nomme la terre tourne autour d'un axe en sens inverse du mouvement que nous attribuons malgré nous aux étoiles ?
D'autres considérations viennent encore à l'appui des précédentes. On rencontre dans les espaces célestes des astres qui diffèrent essentiellement des étoiles et qu'on appelle planètes. Ces astres offrent avec la terre une grande analogie. Or, tous ont un mouvement de rotation autour d'un axe. Pourquoi la terre ferait-elle exception à cette loi générale ?
Enfin, on peut tirer des principes de la mécanique des raisons tout à fait concluantes en faveur de l'hypothèse de la rotation de la terre et de l'immobilité des étoiles. Un corps ne peut rien changer par lui-même à son état de mouvement ou de repos; il lui faut pour cela une cause extérieure, il faut l'action d'une force. Pour qu'un corps décrive une circonférence de cercle, il faut qu'il soit sollicité vers le centre du mouvement par une force constante. Si la force cessait d'agir, le corps s'échapperait immédiatement suivant la tangente menée à la circonférence par la position qu'il occupait au moment même où la force aurait cessé d'agir. On démontre d'ailleurs que l'intensité de la force qui produit le mouvement circulaire est proportionnelle au rayon de la circonférence décrite par le mobile. Or, dans l'hypothèse du mouvement des étoiles, chacune d'elles décrit un cercle dont le plan est perpendiculaire à la ligne des pôlei et dont le centre se trouve sur cette ligne *, les rayons de
SO COSMOGRAPHIE ÉLÉMENTAIRR.
ces cercles diffèrent beaucoup entre eux. Le mouvement des étoiles ne peut donc être expliqué si l*on n*admet pas le long de la ligne des pôles des centres d'attraction d*une énergie variable avec la distance des étoiles à Taxe de rotation. Ces centres d'attraction n'existent pas. Aucune difficulté ne se présente, au contraire, quand on admet le mouvement de rotation de la terre. On démontre, en effet, que quand un corps est animé d'un mouvement de rotation autour d'un axe, le mouvement persiste si aucune action extérieure ne vient à s'exercer sur le corps.
Citons, pour terminer, un fait qui met en évidence le mouvement de rotation de la terre. Si celle-ci est immobile, un corps abandonné d'une grande hauteur, à l'abri de toute influence étrangère, doit venir rencontrer la surface du sol au pied même de la verticale du point de départ. Si, au contraire, la terre est animée d'un mouvement de rotation d*occident en orient, un corps abandonné d'une grande hauteur doit venir rencontrer la surface du sol à l'est du point de départ; ce fait se démontre facilement. Or, des expériences faites dans un puits de mine de 160 mètres de profondeur ont montré qu'un corps tombant de cette hauteur éprouvait une déviation vers l'est de 28 millimètres. Cette déviation prouve bien que la terre est animée d'un mouvement de rotation.
27. Expérience de Foucault. — Foucault est parvenu à mettre en évidence, d'une manière artificielle, le mouvement de rotation de la terre. Nous allons décrire sommairement une des expériences de cet ingénieux physicien.
Pour débarrasser le larj^age, nous dirons immédiatement qu'on appelle pôles de la terre les deux points où sa surface est rencontrée par l'axe du monde. Celui de ces points qui se trouve du côté du pôle boréal porte aussi le nom de pôle boréal de la terre; l'autre est le pôle austral. Le plan perpendiculaire à Taxe qui passe par le centre de la terre coupe celle-ci suivant un grand cercle qu'on appelle équateur terrestre, 11 partage la terre en deux hémisphères, dont l'un porte le nom d'hémisphère boréal et l'autre celui d'hémisphère austral, du nom du pôle que chacun d'eux contient. •
Imaginons qu'un observateur placé au pôle boiéal de la terre puisse fixer la tige d'un pendule sur la direction môme de la ligne des pôles ; le plan d'oscillation de ce pendule conservera évidemment une direction invariable dans l'espace. Si l'on imagine plusieurs plans menés par l'axe de la terre, ces plans, par suite du mouvement de rotation, viendront successivement
coïncider avec le plan d'oscillation. Un observateur placé sur la terre dans un de ces plans et partageant son mouvement sans le savoir, se rapprochera d*abord du plan d'oscillation, et le traversera pour s'en éloigner ensuite ; mais cet observateur, se croyant immobile, attribuera naturellement au plan d'oscillation le mouvement dont il est animé. Il croira donc voir le plan d'oscillation se rapprocher de lui de manière à venir passer par la position qu'il occupe et s'éloigner ensuite. Le plan aura paru faire une révolution complète en un jour sidéral, si le mouvement du pendule persiste, et ce mouvement apparent sera évidemment de même sens que le mouvement diurne apparent des étoiles.
Telles devraient être les apparences, si l'on pouvait établir un pendule dans la position que nous avons indiquée. Mais on ne peut approchci des points de la surface de la terre qui sont dans le voisinage des pôles. Cherchons donc ce qui devrait arriver dans la zone que nous habitons, et nous jugerons après si l'expérience confirme les résultats du raisonnement.
Si le plan d'oscillation du pendule paraît tourner dans un sens au pôle boréal, il est bien clair qu'il doit paraître tourner en sens inverse au pôl,e austral. Toute déviation obtenue en un point de l'hémisphère boréal doit être obtenue inverse au point symétrique de l'hémisphère austral. Sur l'équateur même, le plan d'oscillation du pendule doit donc paraître immobile; en effet, il n'y a pas de raison pour qu'il semble alors tourner dans un sens plutôt que dans l'autre.
Pour prévoir ce qui peut arriver en un point quelconque A, par suite du mouvement de rotation de la terre, il faudrait avoir recours au principe de la composition des chemins parcourus, ce qui nous entraînerait hors des limites de notre programme. Le résultat de l'analyse est que le plan d'oscillation doit paraître tourner dans le sens du mouvement diurne; seulement, la déviation va en diminuant à mesure que le point A se rapproche de l'équateur.
Foucault a réalisé les conséquences auxquelles conduit le raisonnement, dès qu'on admet le mouvement de rotation de la terre. Un fil d'acier d'environ 60 mètres avait été encastré par une de ses extrémités dans une plaque métallique fixée au centre de la coupole du Panthéon. Ce fil supportait, à son extrémité inférieure, une grosse sphère de cuivre terminée en pointe à sa partie inférieure. Pour mettre ce pendule en mouvement, on l'avait écarté de sa position d'équilibre et on l'avait fixé momentanément à l'aide d'un fil qui entourait la boule. 1^
fil ayant ensuite été brûlé, le pendule se mit en mouvement et commença sa première osdllation sans vitesse initia^le (fig. 13). Par suite de la grande longueur de la tige, les oscillations furent lentes et durèrent environ huit secondes. Deux petits nioncuuux
de sable avaient été disposés de cTiaque c6té du pendule, l'un en avant, l'autre en arrière. Dans les premiers instants, l'arête supérieure de ces monceaux de sable ne fut pas entamée par kl puinte qui terminait la splière; mais bionWt le plan d'oscil-
lation du pendule parut éprouver une déviation, ot Idfi arêtes lies deux monceaux de sable furent entamées par la pointe. Pour les spectateurs qui se croyaient immobiles, le plan d'oscillation sembla se mouvoir dans le sens du mouvement diurne.
