ABSORPTION PAR DBS CORPS TRANSPARENTS

Après avoir traversé des corps transparents, tels que l’eau ou le verre, la lumière est encore assez intense ; toutefois des mesures exactes prouvent qu’une partie a été absorbée. La quantité dépend de la nature et de l’épaisseur des corps. Nous ne connaissons pas de corps parfaitement transparent; mais tous les corps, lorsqu’ils sont suffisamment minces, laissent passer un peu de lumière, exemple : une feuille d’or battu. Plus le corps est épais et plus le rayon lumineux trouve de molécules qui s’opposent à son passage. L’expérience et la théorie nous conduisent à une loi très-simple qui nous montre la dépendance de cet atfaiblîssement de la lumière de l’épaisseur du corps. Supposons le corps partagé en un certain nombre do tranches de même épaisseur, et cherchons expérimentalement la quantité de lumière qui est absorbée par une de ces tranches : la perte dans chaque tranche sera égale à mne môme fraction de la lumière incidente. Supposons que l’expérience ait prouvé que sur 100 rayons lumineux 10, ou 0,1 de la quantité totale, sont absorbés par une lame de verre d’1 millimètre d’épaisseur, de façon que 90 seulement sortent du corps : nous pourrons savoir quelle est la quantité absorbée par une lame de i“™ d’épaisseur, en la supposant partagée en 4 tranches épaisses chacune d’1 millimètre. La première couche en absorbe 0,1 ; ainsi la seconde ne reçoit que 100 — 10 = 90 rayons; un dixième de cette quantité, c’est-àdire 9, sont encore absorbés ; la troisième ne reçoit donc que 90 — 9 =: 81 rayons; le dixième de celte quantité, c’est-à-diro 8,1, est absorbé par le troisième : la quatrième ne reçoit donc que 81 — 8,1 = 72,9 rayons; et comme le di.xième de cette quantité est absorbé par cette dernière couche, il ne sort de la lame que 72,9 — 7,3 = 65,6 rayons, et la lumière a été affaiblie dans le rapport de 100 à 65,6. Ce calcul montre du reste que le corps le plus transparent jieut affaiblir la lumière incidente au point qu’elle impressionne à peine l’organe de la vision.

La lumière qui ne sort |nis du corps est eh partie réellement

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• transparkncr de L’air. 401

absorbée par le corps et élève sa température; elle est aussi en partie réHéchie et rend le corps et son intérieur visible à l’œil. Suivant la nature des corps les phénomènes peuvent être très-variés, et cela nous explique en partie l’extrôme diversité des couleurs. Quelque matière que l’on emploie il y a toujours une i>artio des rayons de perdue ; elle est d’autant moindre que la matière est • plus transparente; mais il n’est point de corps qui agisse sur les rayons de la lumière blanche avec une intensité égale, quelques rayons sont absorbés plus que les autres et la lumière est colorée. Il est des corps qui absorbent certains rayons en entier, tandis que les autres lestraversentou sont réfléchis; ces corps ont la même couleur vus par réflexion ou par transmission : tel est le verre coloré en bleu par le cobalt. D’autres rélléchissentquelques rayons et laissent passer les autres, alors ils présentent avec la lumière réfléchie et la lumière transmise deux couleurs dont la réunion forme le blanc. Ainsi certains verres laiteux sont bleus vus par réflexion ; mais si on regarde à travers un de ces verres une flamme blanche, alors elle parait rougeâtre ou jaunâtre. D’autres corps absorbent en entier certains rayons, en réfléchissent quelques-uns et en laissent passer d’autres. Ainsi l’or paraît jaune par réflexion, mais un objet blanc vu à travers une lame mince d'or semble vert : donc ce sont surtout les rayons jaunes qui sont réfléchis, les rayons verts transmis, et tous les autres absorbés.

TRANSPARENCi: SE E’ ATMOSPHERE. — L’air atmosphérique est un des corps les plus transparents qui soient connus ; quand il n’est point chargé de brouillards ou obscurci par d’autres corps, nous pouvons voir des objets placés à une très-grande distance : les montagnes ne disparaissent à nos regards que lorsqu’elles se trouvent au-dessous de l’horizon. Mais, malgré son faible pouvoir absorbant, l’air n’est pas cependant un corps complètement transparent. S’il en était ainsi, la voûte du ciel serait noire et le soleil et la lune parailraient comme desjisques lumineux nettement circonscrits. Partout où les rayons du soleil ne pourraient pas pénétrer, soit directement, soit réfléchis par les objets terrestres, il y aurait une complète obscurité, et au moment où le soleil se couche la nuit succéderait brusquement au jour. Tout cela n’arrivant pas, nous devons en conclure nécessairement que les particules d’air atmosphérique absorbent une portion de la lumière qu’elles reçoivent, en laissent passer une partie et réfléchissent la troisième : de là vient qu’elles éclairent la voûte du ciel, illuminent des objets terrestres que le soleil n’éclaire pas directement, et déterminent une transition insensible entre le jour et la nuit.

oPTiQn: ATMOspiiKniqrr:.

Oo peut s’assurer par des observations journalières de l’affaiblissement de la lumière solaire pendant son passage à travers l’atmosphère. Si l'on considère pendant plusieurs jours le même objet situé près de l'horizon , on verra qu’il est tantôt très-visible, tantôt beaucoup moins. De petits objets disparaissent quand nous nous éloignons d’eux; cela provient en partie de ce que leur grandeur apparente diminue avec la distance ; mais ce n’est point la * cause unique, car la distance à laquelle ils disparaissent est tantôt plus petite, tantôt plus grande : on peut s’en convaincre par des mesures directes et exprimer la transparence de l’atmosphère par des nombres, comme de Saussure l’a fait au moyen de son diaphanomèlre. Il avait plusieurs surfaces blanches placées l’une à côté de l’autre, do manière à être également éclairées par les rayons du soleil. Sur ces fonds blancs il traçait des cercles noirs de diamètres différents, savoir, 5 centimètres pour le premier, 6 décimètres pour le second. Il s’éloignait alors jusqu’à ce que le petit cercle devînt invisible, et mesurait la distance; si l'air était parfaitement transparent, le grand cercle devait disparaître à son tour à une distance dont le rapport avec la première fût le même que celui des deux diamètres : l'expérience montre constamment que ce rapport n’est pas le même , mais plus petit. Ainsi dans l’une des expériences de de SauMure les diamètres des cercles étaient entre eux comme \ ; 12; les distances auxquelles ils devenaient invisibles, étaient comme 1 : 11,427, différence qui tient à l’absorption des rayons lumineux par l’atmosphère.

Nous n’avons pas besoin d'ajouter que les objets employés pour mesurer la transparence de l’atmosphère doivent être tout à fait identiques sous le point de vue de la forme et de l’éclairement; car la distance à laquelle les objets disparaissent ne dépend pas uniquement do l’angle visuel , mais encore de leur mode d’éclairement et du contraste que leur couleur fait avec les objets environnants. C’est ce qui explique pourquoi les étoiles, malgré leur petit diamètre , sont si visibles sur la voûte du ciel. Il en est de même des objets terrestres : on a de la peine à distinguer un homme lorsqu’il se projette sur des champs ou des surfaces noires, mais il est très-visible s’il est placé sur une élévation de manière à se projeter sur un ciel éclairé : de là les illusions d’optique si communes dans les pays de montagnes.

Tandis que la chaîne des Alpes vue de la plaine à une grande distance est nettement visible dans ses moindres contours, le spectateur placé sur un de ses sommets ne distingue presque rien dans la plaine : tous les voyageurs sont d’accord sur ce fait. Pendant mon

TRAXSPARKNCK DE L’AIR.

Séjour sur le Faiilliorn en septembre 1832 , le temps fut très-beau ; je distinguais avec une grande netteté la cbaîno des liantes Alpes, mais tout était confus dans la plaine. Le pays qui s’étend au delà du lac de Brienz semblait recouvert d’un voile ; seulement les sommets du Pilate, la Forêt-Noire et les Vosges à une grande distance, étaient nettement de.ssinés, tandis que rien n’était distinct dans la plaine entre les Alpes et le Jura. C’est avec beaucoup de peine que je pus apercevoir par un temps fort serein la ville de Berne à travers une longue-vue, et cependant le Faulhorn est très-visjble de la ville. Cela s’e.vplique aisément : en effet, tandis que les montagnes font un contraste par leur opacité et leur couleur foncée avec la transparence du ciel, et sont très-nettement dessinées, tous les objets de la plaine sont revêtus d’une teinte sombre et verdâtre uniforme ; aussi à une certaine distance un objet isolé ne ressortil pas au milieu de ceux qui l’environnent.

Mais ce ne sont pas seulement les rayons provenant des objets terrestres qui sont en partie absorbés par l’atmosphère; il en est de même de ceux qui viennent du soleil. La surface courbe qui limite l’atmosphère étant parallèle à celle de la terre, et son épaisseur étant nulle comparée à la masse du sphéroïde terrestre, nous pouvons supposer sans erreur sensible que le plan de la portion de l’atmosphère que l’œil peut embrasser est sensiblement parallèle à l’horizon. Si le soleil était au zénith, ses rayons parcourraient le chemin le plus court pour arriver jusqu’à nous; plus le soleil s’approche de l’horizon , plus l’épaisseur d’atmosphère que les rayons ont à parcourir devient considérable, et par conséquent plus l’éclat des rayons s’affaiblit ; c’est ce que l’expérience prouve tous les jours. La lumière du soleil ou de la lune à leur passage au méridien est éblouissante, tandis qu’on peut fixer cos astres lorsqu’ils sont rapprochés de l’horizon ; par la même raison les régions situées près de l’horizon paraissent toujours dépourvues d’étoiles. Celles-ci en effet sont invisibles, parce que leurs rayons ne sauraient arriver jusqu’à nous à travers l’épaisse couche d’atmosphère qu’elles ont à traverser; mais elles deviennent parfaitement visibles à mesure que cotte partie de la voûte du ciel s’élève au-dessus de l’horizon. S’il était possible de mesurer l’intensité de la lumière solaire à différentes élévations, nous pourrions indiquer aussi la quantité de cette absorption ; mais les méthodes employées pour mesurer celte intensité et les résultats obtenus sont encore sujets à des diflicultés assez graves. On peut employer pour cet objet l’aciinomèlre nu I héliothermomètre, que nous avons décrit p. 148. L’absoiption des rayons solaires est telle que dans les plaines de l’Allemagne, si le

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OPTIQl’F. XTMOSPHKKIQl'F.

soleil élail au zénith et le ciel parfaitement pur, la terre ne recevrait que les | des rayons gui arrivent à la surface supérieure de l’atmosphère; tout le reste est en partie absorbé, en partie réfléchi par l’air et les particules de vapeur, mais la valeur numérique de cesélémenLs est encore inconnue

COUXÆUR BX.ECE DE D’AIR. — Une partie des rayons lumineux est absorbée, l’autre réfléchie par l’air, qui neanmoins n’agit pas également sur tous les rayons colorés dont se compose la lumière blanche; il se comporte comme un verre laiteux, laisse passer plutôt les rayons de l’extrémité rouge du spectre, et réfléchit au contraire les rayons bleus; mais cette diflerence n’est sensible quo lorsque la lumière travei*se de grandes masses d’air. De Sautsure a fait voir que la couleur bleue du ciel tenait à la réflexion de la lumière, et non pas à une couleur propre aux particules aériennes.

Si l’air était bleu, dit-il, les montagnes fort éloignées et couvertes de neige devraient paraître bleues, ce qui n’est pas. Une expérience de Haisenfratz prouve aussi quo le rayon bleu est réfléchi avec plus de force. En elfet, plus la couche d’atmosphère qu’un rayon traverse est épaisse, et plus les rayons bleus disparaissent , ce qui fait que le rayon parait rouge; or, quand le soleil est près de l’horizon le rayon parcourt une plus grande épaisseur d’atmosphère; aussi cet astre nous paraît-il rouge, pourpre ou jaune.

La prédominance de la couleur rouge et l’absence de la couleur bleue lorsque le soleil est prés de l’horizon , ont été confirmés par l’expérience de Hatienfrati il lit passer la lumière solaire par une ouverture et la reçut sur un prisme, puis mesura la largeur du prisme à une certaine distance; l’observation fut répétée lorsque le soleil était à des hauteurs différentes au-dessus de l’horizon. Itans les jours les plus longs de l’été, à midi le prisme avait une longueur de 185 parties; et en hiver, dans les jours les plus courts, au coucher du soleil, seulement 70 parties. Tous les rayons de l’extrémité violette manquaient, car le spectre se composait unique- *

ment de rouge, d’orangé et de vert ; preuve évidente que tous les rayons bleus .avaient été absorbés. Les rayons bleus manquent souvent aussi dans les arcs-en-ciel qui apparaissent peu de temps avant le coucher du soleil.

Pour mesurer l’intensité de la couleur bleue, de Saussure a inventé le cyanomèlre. Imaginez une bande de papier divisée en

• Il suit dM expériences de Boujner, que le baromètre étant à 760 millimètres de h.iuteqr. si l’o" prend pour unité l’intensité d’un astre à a n enircc dans l'atmosplière, son inteiisllé, luri>i|u'cllo parviendra i l’observateur et quand l’astre est au zénith , est réduite à 0,8123. I , F.xpo$ittnn ifn systi'mf du monde , 1. 1 ,

COl’I.Ktll BI.Kl i: DK L’Ain. AOi

rectangles dont le premier est du bleu de cobalt le plus foncé, lundis que le dernier est prêsque blanc, les rectangles intermédiaires offrant toutes les nuances imaginables entre le bleu foncé et le blanc. Si l’on trouve que le bleu de l’un de ces rectangles est identique avec celui du ciel, alors on exprime cette identité par un numéro correspondant à l’un des rectangles, et tout se réduit à dresser l’échelle de l’instrument. Pour y parvenir, de SauMure s’appuie sur ce princij>e, que la différence entre deux coideurs trèssemblables disparait d’autant plus qu’on s’en éloigne davantage, de telle façon qu’elles finissent par se confondre. Se Sausiure prend donc deux nuances de bleu très-semblables et pentl l'une à côté de l’autre des feuilles de papier colorées avec ces nuances, puis il s’en éloigne jusqu’à ce qu’un cercle noir de i millimètres de diamètre peint sur un fond blanc et placé à côté des feuilles devienne invisible; si la différence des deux nuances disparaît à une distance plus grande ou plus petite que celle à laquelle le cercle disparaît, il faut échanger l’une des deux pour une autre, jusqu’à ce qu’on arrive à la nuance voulue. De celte manière de Saunure a obtenu entre le blanc et le noir 51 nuances, et par conséquent 5.3 degrés en tout. Le blanc était désigné par 0, et il s’est assuré par d’autres essais que ces degrés correspondaient à des combinaisons de blanc et de bleu-foncé mêlés dans des proportions définies.

On a encore imaginé d'autres appareils, mais tous sont destinés à mesurer l’intensité du bleu ; or, l’atmosphère présentant d’autres couleurs, telles que le jaune, le rouge, le gris-bleu, etc., il faudrait, construire des iustrumenis pour chacune de ces couleurs. L’appareil suivant pourrait servir à indiquer la nuance d’une couleur, mais je laisse à d’autres le soin de vérifier rulilité de celte idée par l'expérience directe. La couleur des objets [irovient de ce que certaines couleui's de la lumière blanche manquent : ainsi donc, si nous connaissons les principales couleurs élémentaires dans le blanc et dans la lumière qui provient d’un corps quelconque, nous connaîtrons la couleur de ce corps. Pour déterminer le nombre des couleurs élémentaires, il faut choisir un prisme parfait de flinlglas et le fixer à l’extrémité d’un tube de 3 à 4 décimètres de longueur. Ün reçoit la lumière du corps dont on veut connaître la couleur par une ouverture étroite, le prisme la décompose; mais afin de bien distinguer les couleurs, on les reçoit à leur sortie du prisme sur l’objectif achromatique d’une lunette astronomique. On mesure à l’aide d’une vis micrométrique la longueur du spectre et la largeur de chaque couleur ; de cette manière on pourra nonseulement indiquer avec une grande rigueur les différentes nuances

J : CjUUgle

406 OPTIQLK ATMOSPHÉRIQUE.

du ciel, mais, en répétant l’expérience quand le soleil esté différentes hauteurs au-dessus de l’horizon, on arriverait à connaître positivement le nombre et la nature des diverses couleurs élémentaires de la lumière du soleil.

La contemplation seule du ciel nous prouve déjà^lft sa couleur n’est pas la même à tous les points d’un même vertical ; elle est ordinairement plus foncée au zénith ; puis s’éclaircit vers l’horizon, où elle est souvent complètement blanche. Ce contraste devient encore plus frappant par t’usage du cyanomètre. Ainsi de Sausiure - a trouvé un jour que la iMuleur correspondait au numéro 23 de son cyanomètre dans levoisinage du zénith et au numéro 4 près de i’borizon : M. de Humboldt est arrivé à des résultats analogues. Mais la couleur de la mêtnc partie du ciel change aussi assez régulièrement pendant le jour, en ce qu’elle devient plus foncée depuis le malin jusqu'à midi , et redevient plus claire depuis ce moment jusqu’au soir.

Quand on s’élève de la plaine sur les montagne , le ciel parait de plus en plus foncé : les chasseurs de chamois et les bergers le savaient depuis long-ten>ps. Aelno a le premier attiré l’attention sur ce fait, que de Sautrare a vérifié dans les Alpes, et M. de Hamboldt sur les Cordillières. Dans nos climats le ciel a la couleur bleue la plus foncée lorsqu’après une pluie do plusieurs jours le vent d’est chassé les nuages. Suivant M. de Humboldt le ciel est plus bleu entre les tropiques que dans les hautes latitudes, mais 4>lus pâle en mer que dans l’intérieur du pays.

' La couleur du ciel est modifiée par la combinaison de trois teintes : le bleu, qui est réfléchi par les particules aériennes; le noir de la voûte du ciel, qui forme le fond de l’atmosphère; et enfin le blanc des vésicules de brouillard et des flocons de neige, qui nagent dans l’atmosphère. En effet , la nuance des rayons bleus est assombrie par la couleui'noire de l’espace, et au contraire éclaircie par le blanc des vésicules de brouillard ; quand nous nous élevons dans l’atmosphère, nous laissons une grande partie des vésicules de vapeur au-dessous de nous. Ainsi les rayons blancs arrivent à l’œil en moindre proportion, et, le ciel étant couvert de moins de partkMles qui réfléchissent la lumière, sa couleur devient d’un bleu j^s foncé. Par la même raison, le bleu dans le voisinage de l’horizon est moins intense qu’au zénith. Si le ciel est plus pâle en mer et dtns les hautes latitudes que dansd’intérieur des continents et dans le voisinage de l’équateur, c’est aux vésicules du brouillard qu’il faut l’attribuer

' SOR poiARiSATloy PE l’air BERETX*. — Un myon lumineux est complète-

•CKLl'ÜSCLLE. 407

CRÉPT7SCUX.E. — Pciulaiil Une journée sereine, à mesure que le soleil s’approche de l'horizon, la portion du ciel voisine du soleil se colore en jaune ou en rouge. Les rayons qui ont traversé une grande épaisseur de l’atmosphère perdent en chemin la plupart des rayons bleus, et nous ne recevons que les rayons rouges. Le ciel

ment polarité lorsqu'il ne peut traverser, même sous l'incidence perpendiculaire , une lame mince de tourmaline taillée de manière à renfermer l'axe de ce cristal, et placée dans une situation perpendiculaire i ce rayon. Le plan passant parce rayon et par cet axe est nommé plan de polarisation. Le rayon polarisé possède encore plusieurs autres caractères qui le définissent; mais celui-ci est suffisant.

Si l'on tourne de 90** la plaque de tourmaline, sa surface restant perpendiculaire aux rayons lumineux, ces derniers rayons traversent la plaque, le plan de polarisation est alors perpendiculaire à l'axe du cristal. Ainsi le rayon po'arisé ne peut plus être considéré comme symétrique par rapp >rt i l'espace extérieur : de là son nom.

La lumière peut être partiellement polaritée; on peut la regarder alors comme formée de lumière naturelle non polarisée, et de lumière complètement polarisée. On peut observer tous les intermédiaires possibles entre ces deux états de la lumière.

L’acte de la réflexion polarise les rayons lumineux; le plan de polarisation du rayon réfléchi est celui dans lequel la reflexion a eu lieu ; mais si l’incidence est normale, la lumière ne se polarise pas.

D'après ces principes, on peut se rendre compte de la polarisation de la lumière d’un ciel serein. Si l'on imagine un plan passant par le soleil et l’ob.serv.iteur, la lumière venant du soleil qui arrive à l'œil de ce dernier suivant une certaine droite située dans ce plan , a été réfléchie par les molécules aériennes situées sur le trajet de cette droite. Cette lumière doit donc être polarisée dans un plan passant par le soleil ; or c'est en effet ce que l’on observe. Si l'on dirige vers le ciel le polariscnpe chromatique io 'Si. .Vrago, ou le polariscope à /ranges de Savart, instruments décrits dans la plupart des traités de physique, on reconnaît que l'intensité de la polarisation es\ tres-intense vers le zénith, qu’elle va en croissant jusque' vers 9U° du soleil; après quoi elle diminue progressivement jusqu’à une distance de 150“ de cet astre, du moins si ce dernier e-st peu élevé au-dessus, ou peu abaissé au-dessous de l'horizon. En sc lieu, la polarisation est insensible. C’est ce point, situé dans le vertical du soleil , que l'on a coutume de désigner sous le nom de poitf nea/re. Au delà, la polarisation recommence à croître; mais le plan depolarisation, au lieu de coïncider avec le vertical du soleil, lui est devenu perpendiculaire. MM. Arago. Iliot et Forlica, attribuent ce dernier phénomène aux réflexions secondaires qui s’opèrent entre les molécules aériennes prises deux à deux.

Il est visible que. par rapport à nne mo'écule d'air, le reste de l'atmosphère joue le rôle d'un corps éclairant en forme d'anneau horizontal qui l’environnerait de toutes parts. La portion de lumière que la molécule emprunte à cette cause doit donc être polarisée dans un plan horizontal, ou du moins peu incliné sur l'horizon, et dans tous les cas ce plan doit, par une raison de symétrie, être perpendiculaire au vertical du soleil si la molécule est elle-même située dans ce plan. A mesure qu'on examine des parliez du ciel plus rapprochées du point de l'horizon opposé au soleil, la polarisation dans le sens horizontal doit aller en croissant, et elle finit par l'emporter sur la polarisation verticale, laquelle va au contraire en diminuant, puisque l'incidence des rayons solaires approche de plus en plus d'être normale .sur ces mêmes molécules.

M. n«liinci a trouvé un second point neutre dans le voisinage du soleil ; sa hauteur est de 17“ 80' au-dessus du centre du soleil. M. Forbn l’explique par la théorie préeédcnle, c’est-à-dire par la prédominance des réflexions horizontales réciproques.

Les angles 159“ et 17“ 30' sont le résultat moyen de nombreuses observations faites par M. Ilrarau sur le sommet du Faiilhorn en 184'i; il est à croire que dans ^ la plaine, la situation de ces points neutres est un peu différente. I,a présence de nuages sur le ciel suffit même pour les déplacer de leurs positions naturelles.

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40« OPÏlQüt ATMOSPHKKIQUE.

blaiichil dans le voisinage du zénilli et la clarté va en aiiginonlant jusqu’à riwrizon occidental. Peu à peu on remarque au ciel oriental situé à Vopposé du soleil une teinte rouge qui atteint son maximum d’intensité au moment où le soleil descend au-dessous de l’horizon. Celte coloration est un effet dos derniers rayons du soleil couchant, qui n’envoie dans cette région du ciel que des rayons rouges qui, après leur réflexion, traversent de nouveau l’atmosphère et arrivent à l’œil do l’observateur entièrement dépouillés de leurs rayons bleus. Suivant l’état de l’atmosphère celte couleur varie entre le rouge de feu et le pourpre foncé ; de même sur le ciel occidental le crépuscule offre toutes les teintes intermédiaires entre le jaune doré et le rouge foncé ; toutefois ce rouge n’est jamais aussi foncé que celui du ciel oriental.

Quand le soleil s’abaisse un peu au-dessous de l’horizon, on observe au ciel oriental un segment plus ou moins nettement circonscrit d’une couleur d’un bleu foncé, au-dessus duquel la coloration rouge dont nous avons parlé se montre constamment. La séparation entre ce segment bleu et le rouge est le i)lus souvent assez tranchée; mais dans des circonstances favorables on peut distinguer entre deux un liséré blanc ou jaune ; Mairan, qui le premier a attiré l’allenlion sur ce segment, le nommait second crepuscule ou anti-crépuscule.

Son point culminant est situé en face du soleil , et une observation attentive prouve que ce segment est dû à l’ombre de la terre qui se projette sur le ciel. Celle partie n’est plus éclairée par les rayons directs du soleil, mais seulement par la lumière diffuse; et comme celle-ci est bleue, elle communique celte teinte au segment tout entier. Tant que la limite supérieure de l’ombre terrestre a une faible hauteur, les teintes rouges au ciel occidental et oriental se confondent veiis le haut; lorsque l’air est bien pur et non chargé de vapeur d’eau, le zénith est bleu ; mais si pendant le jour le ciel avait une couleur blanchâtre, alors il est couvert en entier d’une teinte pourprée ; parce que l’œil reçoit non-seulement les rayons bleus réfléchis par le zénith, mais encare les rayons rouges provenant des particules de vapeur qui sont situées plus bas. l’eu à peu l’arc anti-crépusculaire s’élève vers le zénith, le ciel y [tarait bleu, la rougeur du ciel occidental devient plus foncée, et quelques, étoiles isolées deviennent visibles; quelquefois une seconde coloration rouge se montre de nouveau au ciel oriental. A mesure que le soleil s’abaisse, le segment rouge du ciel occidental, qui s’abaisse avec lui, devient plus net, et l’on voit au-dessus de lui un espace blanc en forme d’arc que l’on pourrait ai)[>eler avec

CKKPLsCLLt. 4e(9

Arande* lueur créijusculaire Le soleil s’abaissant de plus en plus, robscmilc s’accroît, et enfin la plupart des étoiles commencent à briller; on peut considérer comme la fin du crépuscule le moment où les étoiles de sixième grandeur deviennent visibles. On dislinguc ce crépuscule sous le nom d’astronomique, pour le distinguer du crépuscule ordinaire, qui finit quand l’obscurité force à suspendre tous les travaux qui se font en plein air (voy. la note F).

L’aurore et le crépuscule dépendent de ce que les rayons pro-

• Lorsque la courbe crépusculaire que forme l’oifibre de la terre en se projetant sur les hautes régions atmosphériques s’est couchée le soir à l'horizon occidental, on peut enrôle, dans des circonstances très-favornbles. apercevoir une lueur faible et blanchâtre qui illumine le ciel vers le X.O., et qui s'élève quelquefois jusqu'à une hauteur angulaire considérable. Cette I eur est incontestablement due à l'illumiliation secondaire que jettent sur le haut de l'atmosphère les couches d'air situées actuellement sous l'honzon et directement éclairées par le soleil ; c'est cet espace atmosphérique dont la lueur est due à des rayons qui ont déjà subi une première réflexion, que M. Bioi {Mémoire de l’Académie des Sciences, t. xvii) nomme le second espace crépusculaire

Il ne parait pas que ce second crépuscule puisse être observé de nos vallées; mais sur les hautes montagnes, il est a.ssez .souvent perceptible : de Snuiuiure l'a re- *- marqué sur le col du Géant ; la clarté atteignait jusqu'à 30° au-dessus de l'horizon ; la dépression du soleil sous l'horizon de l'illustre physicien était alors de 112°, M. Bmvaii l'a observé à diverses reprises sur le sommet du Faulhorn (canton de Bernel, à 2ti83 mètres au-<Jcssiis du niveau de la mer, pendant les années Ibtl et 1342. Le tableau suivant renferme le résultat de ses mesures. La colonne de gauche indique quelle était la distance zénithale du soleil au moment de l'observation; la colonne de droite donne en angle la hauteur limite au delà de laquelle la lueur cessait d'être distincte.

DISTANCES ZÉNITHALES Dl' SOLEIL ET IIAI'TEL'RS ANGULAIRES CORRESPONDANTES DU SECOND ESPACE CRÉPUSCULAIRE.

2 août soir 1342

12 août matin lt^l2

5 août soir 1812

5 août soir 1842

13 août matin 1842

9 août soir l'-’42

16 a' ût matin 1842

h août soir 1841

16 août soir 18s2

Ces mesures sont parfaitement compatibles avec l’explication que nous venons de donner; s'il était vrai que la courbe crépusculaire ordinaire coïncidât exactement avec la courbe de sortie de l'ombre terrestre hors de notre atmosphère, celte deuxième courbe crépusculaire devrait, elle aussi, être interprétée d'une manière nnnioguc, et l'on pourrait s'en servir avantageusement pourdéicrminerla hnutcur de notre atmosphère ; mais nos connais.snnces à ce sujet sont encore trop imparaiies pour que de pareilles déduclions puissent ê;re aujoiird hui bien légitimes.

La lufhlèrr du second crépuscule est faible, sans colortition marquée, et analogue à la voie lactée par .son éclat ; elle n'empêche donc pas d'apercevoir les pctltea étoiles, même celles de cinquième ou de sixième grandeur. M.

du

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4 tu Ül'llQl L ATMOSl'HI KigL’E.

venaiil du suluil rencontrent les couches élevées de l'atmosphère, sont rélléchis par elles et dispersés dans Ions les sens lorsque le soleil a depuis long-temps disparu au-dessous de l’horizon ; ces rayons réll jchis le sont ensuite de nouveau , et éclairent la partie orientale de la voûte céleste. On comprend d'après cela qu’il existe une liaison étroite entre l'abaissement du soleil au-dessous de l'horizon , l'état de l’atmosphère et la clarté dont nous parlons : aussi les astronomes se sont-ils efforcés d’indiquer cette relation , et de calculer la durée du crépuscule pour les différents pays et les diverses saisons; mais ils se sont trop préoccupés des éléments mathématiques de la question, et ont un j)eu négligé les conditions physiques. Tous ont cherché à déterminer l’instant où le soleil était à ■18® environ au-dessous de l'horizon, et ne se sont pas demandé si cet angle correspondait partout û la lin du crépuscule : aussi la question n’est-elle pas plus avancée, selon moi, qu’à l’époque où un cardinal engageait le Portugais Nonius à s’occuper de cette question.

Le crépuscule finit au moment où l’obscurité atteint un degré bien déterminé. Les anciens astronomes ont donné pour règle qu’on devait voir les étoiles de sixième grandeur dans le voisinage du zénith ; niais ces étoiles no deviennent visibles qu’au moment où la lumière rélléchie répandue dans l’atmosphère est très-faible, et où les rayons partant de l’étoile ne sont pas trop affaiblis à leur liassage à travers l’atmosphère pour produire sur l’oeil une sensation lumineuse. Plus il y a de vapeur condensée pendant le jour, plus le ciel paraît mat, et plus aussi la lumière qui traverse l’atmosphère est affaiblie, tandis que les rayons rélléchis sont en trèsgrand nombre ;,avec ces circonstances le crépuscule est fort long. Dans l’intérieur de l’Afrique, où l’air est quelquefois si pur et si transparent que Bruce , dans le Sennaar, voyait la planète Vénus en plein jour, la nuit succède immédiatement au coucher du soleil. De l’autre côté des Alpes, en Dalmatie par exemple, il fait nuit une demi-heure après le coucher du soleil. Entre les tropiques le crépuscule est encore plus court : il dure un quart d’heure au Chili, suivant Aco»ta, et quelques minutes àCumana, d’après M. de Humboldt î même phénomène sur la côte occidentale de l’Afrique. Ces résultats diffèrent singulièrement do ceux qu’indique le calcul, et d'après lesquels le crépuscule devrait durer au moins une heure. On est donc obligé d’admettre qu’entre les tro[)iques le soleil est moins bas au-dessous de l'horizon à la fin du crépuscule que dans des latitudes très-élevées. Lor.s(]ue l’air est renqrli de vapeurs vésiculaires et de particules de neige, le soleil

CRÉPUSCULK. 411

peut descendre Jusqu’à 30» au-dessous de l liorizon sans que l'obscurité soit complète, comme le prouvent les longs cré[)iiscules du Groenland et des autres contrées polaires *. Sa durée doit varier suivant les saisons; en été, où la vapeur vésiculaire est plus élevée qu’en hiver, le soleil, suivant Rîccîoli , est plus bas au-dessous de l’horizon qu'en hiver à la fin du crépuscule : de même le matin, au commencement de l’aurore, il est plus élevé que le soir, probablement parce qu’une partie de la vapeur d’eau s’est précipitée à la surface de la terre.

Lorsque les vapeurs sont très-élevées, tandis que les couches inférieures de l’almosplière sont bien transparentes , le crépuscule peut durer fort long-temps. L’été de \ 83t a été remarquable sous ce point de vue; on vit des crépuscules Irés-prolongés depuis .Madrid jusqu’à Odessa, et les Journau.x de réjwque sont remplis d’observations de ce genre. Ces crépuscules furent surtout remarquables les 24, 25 et 26 seplembre. Le 25, le coucher du soleil n’otfrit rien d’extraordinaire, mais bientôt la couleur du ciel prit une teinte orangé très-foncé; l’éclat de la lumière crépusculaire diminua lentement et passa au rouge, la («irlie éclairée du ciel se rétrécit de plus en plus et correspondait exactement au point où le soleil se trouvait au-dessous de l'horizon; on la voyait encore vers 8 heures, heure à laquelle le soleil était à 19“ 30' au-dessous de l’horizon : il en fut de même des soirées suivantes, et les aurores présentèrent aussi des phénomènes extraordinaires. M. Meei d’iS- ■eobeck, qui contemplait le phénomène du haut de la liampelbande, dit que l’aurore n’avait pas son éclat ordinaire le 24, et ressemblait plutôt à un crépuscule brumeux. Le 25, immédiatement après le coucher du soleil, une teinte rouge-foncé, voilée par des vapeurs, couvrit tout le ciel, enveloppa l'horizon, et semblait se perdre vers le zénith sous forme de rayons rouges. Dans ce moment un orage violent s’éleva dans le S. O., il dura toute la nuit en diminuant de violence, et la rougeur disparut vers 9 heures.

Ce phénomène dépend, comme je l’ai dit, de vapeurs élevées dans l’atmosphère. Depuis le 24 le baromètre baissait à Halle; le ciel n’était pas d’un bleu foncé, quoiqu’il fût serein; le soleil avait ,1’éclat mat de la lune. Cet état de l’atmosphère, analogue à celui qui précède les orages lorsque des cirrus flottent dans le haut do l’atmosphère , s’étendait sur une grande partie de l’Europe. Les

‘ n n'eut pns démontré que les longs Grépnscnles du nord no sont pas dus unl-

3uement & l'obliquité de la marche diurne du soleil, d'autant plus que la hauteur e l'atmosphère y est probablement moindre qu'à l'équateur, circonstance qui a une influence marquée sur la durée du crépuscule. M.

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oPTiQi'i: .vrM<),Sl*lll^;r.lQLM:.

longs crépuscules accompagnés d’orages furent remarqués dans l’Europe septentrionale et méridionale, comme le prouve un ouragan violent qui éclata près de Messine le 27 septembre. Pendant tout l’été de 1831 les orages furent très-fréquents, et il y eut des ouragans dans les Indes occidentales. Le 3 août et les jours suivants l’éclat du crépuscule fut remarqué à Odessa, en Allemagne, à Rome et à Gênes; mais en même temps de violents orages éclatèrent dans beaucoup de pays, en Navarre, en Aragon, à Saint-Giorgio, en Silésie. En Suisse et dans le Tyrol, le vent de S.O. qui accompagne les orages, fut tellement violent qu’il y eut de fortes inondations. Dans la mer des Antilles de terribles ouragans désolèrent les Barbades le 11 août; la Jamaïque, Haïti et Saint-Vincent le 14. Ils se liaient aux violents orages provenant du nord, qui firent de grands ravages le 16 et 1e 17 à Cuba et dans la Louisiane.

AURORE ET CRÉPUSCULE. — Nous avons déjà vu que leur durée et leur coloration dépendent de l’état de l'atmosphère. L’air est-il rempli de vapeur vésiculaire et le ciel a-t-il pendant la journée un aspect blanchétre, alors le rouge est plus ou moins mat et mêlé de stries grises, quelquefois d’une couleur de carminfoncé, et déjà pendant le jour la partie du ciel qui est au-dessous du soleil paraît plus ou moins rouge. Il est certain alors que ces vapeurs sont disposées de façon à ne laisser passer que les rayons rouges Ainsi en hiver dans nos climats le ciel est souvent rouge pendant toute la journée, et en été par un temps pluvieux, quand des cirrus déliés flottent dans l’atmosphère, il en est de même plusieurs heures avant la culmination du soleil; mais lorsque le ciel a été d’un bleu foncé pendant la journée, alors le cré'puscule offre une teinte jaunâtre. S’il y a dans l’atmosphère de légers cumulus ou des cirro-cumulus , ils sont admirablement colorés, et l'on observe dans les intervalles qu’ils laissent entre eux les teintes vertes dont nous avons déjà parlé.

Cette coloration en rouge des nuages se lie à un phénomène que j’ai souvent observé en Suisse, et qu’on nomme la teinte rose dos Alpes {das Gliihen dur Alpm). Peu de temps après le coucher du soleil, les cimes neigeuses des Alpes paraissent colorées en rose; cette coloration devient ensuite moins vive et disparaît enfin lorsque l’ombre de la terre s’étend sur les sommités : alors les neiges prennent un aspect d’un gris bleuâtre. Quelquefois les Alpes se colorent de nouveau, mais d’une manière moins martiuée et moins long-temps que la première fois. Ce phénomène est surtout remarquable lorsque des cumulus ou des drro-cumulus légers flottent dans l’ouest, les escarpements nus des rochers re.ssemblent alors

HAUTKrn DK r;.\TMOSI'HKRE. 413

à des niasses de fer incandescentes. Ici encore les rayons rouges réfléchis arrivent à l'œil en plus grand nombre, et celte seconde coloration en rose vient certainement de ce que les rayons rouges réfléchis par l’atmosphère éclairent [>our lu seconde fois les sommets des montagnes.

Les apparences du crépuscule dépendant de l’état du ciel , il en résulte qu’elles peuvent servir à faire prévoir jusqu’à un certain point le temps du lendemain; quand le ciel est bleu et qu’aprés le coucher du soleil la région occidentale se couvre d’une légère teinte de pourpre, on peut assurer que le temps sera beau, siiilout si l’horizon semble couvert d’une légère fumée. Après la pluie, des nuages isolés colorés en rouge et bien éclairés annoncent le retour du beau temps. Un crépuscule d’un jaune blanchâtre, surtout quand il s’étend au loin sur le ciel , n’est pas signe de beau temps jxiur le lendemain. Dans l’opinion des habitants de la campagne, on doit s’attendre à des orages lorsque le soleil est d'un blanc éclatant, et se couche au milieu d’une lumière blanche qui permet à peine de le distinguer; le pronostic est encore plus mauvais quand de légers cirrus, qui donnent au ciel un aspect blafard, paraissent plus foncés à l'horizon, et que le crépuscule est d’un rouge grisiUre au milieu duquel on voit des portions d’un rouge foncé qui passent au gris et permettent à peine de distinpier le soleil ; dans ce cas la vapeur vésiculaire est très-abondante, et on peut compter sur du vent et une pluie prochaine.

Les signes tirés de l’aurore sont un peu différents ; quand elle est très- rouge on doit s’attendre ù de la pluie, tandis qu’une aurore grise annonce du beau temps. La raison de celte différence entre une aurore et un crépuscule gris vient de ce que le soir celte coloration dépend surtout des cirrus, le matin d’un stratus qui cède bientôt aux rayons du soleil couchant, tandis que les cirrus s’épaississent pendant la nuit. Si, au lever du soleil, il y a assez de vapeurs condensées pour que le soleil paraisse rouge, il est alors trèsprobable que dans le cours de la journée le courant ascendant déterminera la formation d'une com he épaisse de nuages.

HAUTEUR DE D’ATMOSPHÈRE. — La pression que les particules aériennes éprouvent diminuant à mesure qu’on s’élève au-dessus de la mer, la denrfflé de l’air diminue dans la môme proportion. Si nous pouvions observer le baromètre et le thermomètre à celte élévation, il serait facile d’en déduire la densité de l’almosphere; mais il est important de savoir jusqu’où peut aller celle diminution de densité, si l’air se raréfie ainsi indéfiniment, ou si celle raréfaction a une limite. Dans cette dernière sup[K)si-

lion, la limilo de l’atmosphi're se trouverait au point où l'air serait tellement raréfié qu’il ne pourrait pas l’ètre davantage; si cette raréfaction pouvait aller à l’infini, alors l’air se répandrait dans l’espace et chaque planète se formerait une atmosphère particulière. Il est diflicile de savoir expérimentalement laquelle de ces deux suppositions est la véritable, car nous ne pouvons point exposer de l’air très-raréfié à un froid égal à celui qui règne aux limites de l’atmosphère. Il parait plus probable que cette raréfaction de , l’air est limitée, car, chaque planète attirant é elle une partie de cette atmosphère, la réfraction, suivant la remarque de WolUtton , serait très-marquée dans ces atmos|)hères planétaires. L’observation ne montre rien de pareil. Lorsqu’une planète passe près d’une étoile fixe, la position apparente de l’étoile ne change ptis; ses rayons ne sont donc pas déviés par l’atmosphère de la planète, du moins c’est ce que démontre l’observation la plus attentive.

Si l’atmosphère est limitée, à quelle hauteur se trouve cette limite? On a cherché à la déduire de l’étude des phénomènes crépusculaires. En effet, de la hauteur apparente du segment éclairé et de l’abaissement connu du soleil au-dessous de l'horizon, on (icut déduire la hauteur des dernières particules aériennes capables de réfléchir la lumière. En supposant le soleil à 18® au-dessous rie l’horizon , on trouve pour l’atmosphère une hauteur do tiOüOO à 80000 mètres; mais si on exécute des mesures plus rigoureuses en prenant do moment en moment la hauteur du segment éclairé et en le comparant à la dépression du soleil au-dessous de l'horizon , on trouve, comme Brand» et Lambert font prouvé, que ce modo de détermination est très-inexact. Au moment où le soleil vient de se coucher, l’observateur voit très-nettement dans l’est le segment anti-crépusculaire, car l’œil est moins ébloui par de la lumière venant d’autres parties du ciel. Quand le segment anti-crépusculaire monte jusqu’au zénith, tout le ciel situé au-dessus de la tète do l’observateur est éclairé par la lumière que les particules aériennes réfléchissent de l’occident en orient , et il est alors plus difficile de reconnaître nettement la limite. Plus le soleil s’abaisse au-dessous de l’horizon et plus lu clarté est limitée à l’occident, plus aussi la quantité de lumière diffuse augmente. Si donc nous voulons déduire la hauteur de l’atmosphère d’une "série de mesures de ce genre, nous obtiendrons des valeurs de plus en plus considérables à mesure que le soleil s’abaissera au-dessous de l’horizon.

Des mesures barométriques et thermométriques ne sauraient nous conduire à aucun résultat, car nous ne connaissons pas les lois du décroissement de la température à une grande hauteur, ni la

RAYONS CRlÎPrSCULAlRKS.

nature des particules aériennes soumises à la fois à une faible pression et à un très-!>rand froid. Tout ce qu’on a dit sur la hauteur de l’atmosphère est donc encore sujet au doute; mais l’on peut afhrmer que déjà, entre 15 et 20 kilomètres au-dessus de la surface de la terre , la densité de l’atmosphère est presque nulle (voy. la note G).

RATONS CRÉPUSCUXJAIRES. — Quand un nuage intercepte la lumière d’une partie de l’atmosphère, il projette une on>bre qui obscurcit une partie du ciel. Dans les beaux jours de l’été, si quelques cumulus (lottent dans le ciel on peut poursuivre jusi|u’à une grande distance l’ombre qu’ils projettent. Le phénomène inverse est bien plus commun. En effet , quand le ciel est couvert en grande partie de nuages et surtout de cumulo-slratus interrompus par des éclaircies, alors le soleil luit au travers, et l’air, la vapeur vésiculaire, la poussière et les autres corps qui nagent dans l’atmosphère semblent des rayons plus ou moins lumineux. Si le soleil est peu élevé au-dessus de l’horizon, ces rayons jwrtent du soleil ; s’il est au contraire près de se coucher, ils s’élèvent dans l’atmosphère sous forme d’arc.3 de grands cercles qui se couperaient dans un point situé au-dessous de l’horizon et sur la droite qui joint le centre du soleil et l'œil de l’observateur. Ces rayons sont parallèles entre eux; et leur courbure apparente, de même que leur divergence dans le voisinage du zénith, ne sont qu’une conséquence des effets de perspective; plus ils sont éloignés de nous et moins leur écartement semble considérable, parce que l’angle visuel devient plus petit : c’est la même illusion qu’on éprouve dans une allée bordée de deux rangées d’arl)res parallèles qui semblent cependant se rapprochera leur extrémité *.

On dit ordinairement que les rayons crépusculaires annoncent la pluie, opinion qui ne manque pas de justesse. Ce phénomène se montre surtout quand le soleil est près de l’horizon, mais par les beaux jours les nuages ont alors disparu ou sont près de disparaître. Quand l'atmosphère est chargée de vapeurs, toutes les circonstances qui peuveul produire ce phénomène se trouvent réunies, mais aussi dans ces cas il y a de grandes chances de pluie. Entre les tropiques, où les averses tombent en général au moment de la plus

' Les lecteurs que ce sujet intéresse trouveront d*ns les Annalet de Chimie et de Phÿsiijue, t. l.XX. p. 12"Z, un ir.éinoirc de M. IVeckcr de SiuKuure où ce snvnnt traite avec détails du phénomène des rayons crépusculaires et de la seconde coloration en rose des cimes neigeures de la Suisse. Son explication des rayons crépusculaires est la même que celle de M. Kirmii; mais la seconde coloration des Alpes lui parait iiu effet de contraste. Les branches rimes des Alpes, se projetant d'abord sur un ciel éclairé, puis sur l’ombre de la terre, paraissent se colorer de nouveau quoique leur blancheur teste la même. M.

41 (S OPTIQDK AÏMOSPHRRIQI'K.

grande clialeur diurne, ce phénomène paraît être plus rare que dans les liantes latitudes.

R.É<RACTlON DE DA DUMXERE. — Quoique l'air n’ait qu’une faible inüuence sur la lumière , cependant des observations faites avec soin prouvent qu’un rayon de lumière n’arrive à notre œil sans déviation que s’il provient d’un |)oinl situé à notre zénith ou d’un objet terrestre qui soit à la même hauteur que l’œil, parce qu’alors toute l’é|Miisseur de couche atmosphérique qu’il traverse a une densité uniforme. Dans tous les autres cas le rayon est réfracté, et de telle façon que si nous imaginons les ditlérentes couches de densité différentes, les rayons, en passant d’un milieu moins dense dans un milieu plus dense.se rapprochent de la perpendiculaire élevée sur la surface réfringente. Si donc un rayon arrive d’une étoile jusqu’à nous, il traverse des couches dont la densité va en croissant; il se rapproche de la verticale, et l’étoile nous parait plus élevée au-dessus de l’horizon qu’elle ne l’est réellement. Ce déplacement est d’autant plus considérable que l’angle de hauteur est moindre. Les rayons venant du zénith n’éprouvent pas de déviation, parce qu’ils sont perpendiculaires à toutes les surfaces de séparation des couches. La réfraction est aussi forte qu’elle puisse l’ètre quand l’étoile est dans le plan de Tliorizon , car alors elle paraît élevée de 0" .30' au-dessus de ce plan: de même quand le so-' leil se couche il est élevé do 30' environ , et comme cet angle est égal à celui que sous-tend son diamètre apparent, il s’ensuit qu'en réalité son Iwrd supérieur est déjà langent à l’horizon lorsque son bord inférieur le louche en apparence.

Dans toutes les observations sur la hauteur des étoi'es il faut donc tenir compte de la réfraction, et les astronomes se sont efforcés de déterminer exactement la valeur de cet angle pour les différentes hauteurs du baromètre et du thermomètre. Souvent il y a une différence notable entre la réfraction observée et la réfraction calculée d’après ces éléments ; mais nous ne devons pas oublier que nos instruments indiquent seulement la densité de l’air à la surface de la terre, et que les vents ou d’autres causes peuvent modifier les lois du décroissement de la densité de telle façon qu’elle soit fort différente ce celle que nous trouvons par l’analyse, .‘iinsi des mesures exactes de réfraction aslronomiipie rendront de grands services à la météorologie, en ce qu’elles jetteront une vive lumière sur le décroissement plus ou moins rapide de la température.

DE DA SCINTXDDATZON DES ÉTOIDES. — Dans nos contrées les étoiles ne parais.'ent pas toujours immobiles à leur

SClJiTILLATlOS DKS KTOILF.S.

place; elles semblent queli|uefois osciller autour du point qu’elK's occupent sur la voûte du ciel. En même temps l'intensité de leur lumière change, elle s’accroît et diminue à de très-courts intervalles; quelquefois aussi leur couleur varie, les rayons rouges, verts et bleus deviennent dominants tour à tour, surtout quand ces astres s’approchent de l’horizon. Cette scintillation est beaucoup plus remarquable pour les étoiles fi.\es que pour les planètes, qui la présentent plus rarement. Toutefois, quand la scintillation des étoiles est très-forte, les planètes scintillent aussi, comme je l’ai vu pour Jupiter placé près de l’horizon.

La scintillation n’est pas également vive, quelle que soit la position occupée par l’étoile. C’est le plus souvent dans le voisinage de l’horizon que la scintillation est aussi forte que possible, tandis qu'elle est nulle au zénith; elle n’est pas non plus la même dans toutes les circonstances. Musicbenbroeck raconte qu’en Hollande elle est vive surtout par un froid intense et avec un ciel serein ; il en est de même dans d’autres contrées. D’après mes observations, elle est très-marquée quand des vents violents régnent dans l’atmosphère et quand le ciel est alternativement serein et couvert.

Comme ce phénomène se manifeste surtout quand des courants aériens de température différente se meuvent les uns au-dessus des autres, il s’ensuit qu’il n’a pas toujours la même intensité. Entre les tropiques, quand l’alizé souffle avec une grande régidarilé pendant la saison sèche, alors les étoiles scintillent, suivant M. de Humboldt, dans le voisinage de l’horizon. Xia Condamin* confirme ce témoignage, mais il ajoute qu’au Pérou celle sr inlillalion est moins vive qu’en Europe. Eu Perse et en Arabie c’est en hiver qu’on l’observe; toutefois elle est moins forte que dans noa’ contrées.

La cause de ce phénomène réside dans la réfraction inégale que la lumière éprouve dans des couches d’air allernativemenl plus froides et plus chaudes; Vîtellîo l’avait déjà expliqué par des mouvements de l’air, mais Hooke a fait voir le premier qu’il tenait au mélange de couches d’air inégalement échauffées. Ou peut s’en assurer, ajoule-l-il, en regardant par-dessus un morceau de verre échauffé un objet éloigné; celui-ci semble changer. En effet, si la lumière d’une étoile S, PI. v, fig. i, arrive à la surface supérieure de l’atmosphère dans la direction SC, elle est réfractée à son passage à travers chacune des couches CC, DH, etc., et le rayon CDEE arrive à l’œil de l’observateur placé en E ; celui-ci voit donc l’étoile dans la direction FEL Supposons maintenant que la couche d’air DE soit subitement déplacée et remplacée par une autre

d’une densité différente, alors le rayon Cl) ne sera plus réfracté en DF mais en DI, et n’arrivera plus à l’œil ; c’est alors le rayon CHF qui y |)arvient, et l'étoile qui paraissait être dans la direction FD se trouve sur la ligne Fil. Si cette nouvelle masse d’air n’a pas un grand volume, ou si sa temiwature diffère peu de celle de la masse qu’elle remplace, alors le déplacement et le changement d’intensité de la lumière sont peu notables. Les planètes scintillent moins que les étoiles, parce que celles-ci nous paraissant comme des points, le moindre déplacement, fi)t-i! de 5" seulement, devient sensible à notre œil. Les planètes ayant un diamètre apparent do 30 à 40 secondes, il est plus difficile d’apprécier leur changement do volume a|jparent; toutefois à travers les télescopes on voit souvent leurs bords scintiller, surtout si elles sont près de l’horizon. Dans certaines circonstances on observe le même phénomène sur la circonférence du limbe du soleil. Ij» lumière partant d’étoiles situées près de l’horizon et ayant un chemin beaucoup plus long à parcourir, on conçoit qu’elle rencontre sur son chemin un mélange de couches d’air d’une densité plus variable que celles qui sont superposées au-dessus de la tête de l’observaleur.

La scintillation consiste non-seulement dans un déplacement de l’étoile, mais encore dans des changements de la clarté et de la couleur de l’étoile : M. Arago a déduit ces deux ordres de phénomènes de l’interférence des rayons lumineux. Des rayons lumineux formant ' un petit angle entre eux et qui se coupent, peuvent s’affaiblir et se renforcer mutuellement; dans quelques circonstances ils se détruisent, et ce fait, inexidicable si l’on considère la lumière comme une émanation matérielle, est une conséquence toute simple du système des ondulations, (*t môme la meilleure preuve que l’on puisse donner de sa réalité. Jetez une pierre dans une eau tranquille, il se formera un système d’ondes circulaires concentriques dont le centre commun sera le point où la j>ierre est tombée. Jetez maintenant deux pierres en même temps à une certaine distance l’une de l’autre, chacun des systèmes d’ondes circulaires s’étendra comme s’il était isolé, et au point de rencontre de deux ondes leur forme n’est pas changée, seulement leur hauteur est accrue. Quand l’intervalle creux de deux ondes, ou le sillon qui sépare deux vagues succes.sives, rencontre l’intervalle des deux ondes d’un autre système, le sillon se creuse; mais si sur un point l’onde d’un système tend à élever l'eau tandis que Fonde de l’autre système tend à l’abaisser, ces deux mouvements opposés se détruisent, et l’eau est tranquille et bien moins agitée que s’il n’y avait qu’un seul système de cercles concentriques.

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MtRAOB. 419

Le système des ondulations nous apprend que l’intensité de la lumière augmente quand les particules lumineuses oscillent beaucoup autour de leur position moyenne, de même qu'une cloche ou une corde résonnent plus fortement au moment où elles sont ébranlées, parce qu’alors les oscillations sont plus grandes. Les amplitudes de ces oscillations, c’est-à-dire l’écartement de deux ondes successives, ne sont pas les mêmes pour les divers rayons du spectre; comme dans les différents tons de la gamme musicale, l’un d’eux fait dans une seconde un nombre d’oscillations moitié moindre que celui qui esta une octave au-dessus : d'où résulte que l’amplitude des oscillations du premier est double de celle du second. Des mesures exactes ont prouvé que l’écartement de deux ondes est d’autant plus petit qu’on s’avance davantage de l’extrémité rouge vers l’extrémité bleue du spectre.

Ces principes établis, nous en déduirons aisément les changements d’intensité et de coloration de la lumière d’une étoile. Parmi les rayons qui en partent simultanément et qui sont diversement réfractés, un grand nombre se réunissent soit dans notre œil soit dans leur trajet à travers l’atmosphère. S’ils se rencontrent de manière que leurs ondes s’ajoutent, ils se renforcent mutuellement; mais si une onde s’ajoute à un intervalle, alors ils s’affaiblissent ou se détruisent ; do là les alternatives d’accroissement et de décroissement de la lumière, t^mme dans l’état atmosphéri(juo que nous avons décrit la réfraction change à tout moment, les rayons se rencontrent, se renforcent ou s’affaiblissent aussi à chaque instant. La lumière qui vient des étoiles pouvant être décomposée comme celle du soleil en ses couleurs élémentaires, nous devons attribuer ces renforcements et ces affaiblissements à la rencontre de ces rayons élémentaires. Il peut donc arriver que le rouge soit anéanti |>ar la rencontre de deux rayons de cette couleur, tandis que 1e bleu devient plus intense : alors l’étoile paraîtra bleue; une seconde après le contraire aura lieu, et l’astre prendra une teinte rouge.

MlRACz:. — De même que les rayons qui viennent des étoiles sont réfractés de manière que celles-ci nous paraissent plus élevées, de même ceux qui viennent des objets terrestres subissent une déviation analogue. Cette considération est de la plus haute importance pour la mesure des montagnes par la géodésie. C’est seulement quand l’objet est au zénith ou dans le même plan horizontal (|iie notre œil (en supposant que la couche qui les renferme tous deux soit de même densité) qu’il n’y a point de réfraction : cette dernière condition se réalise rarement, à cause de l’action du sol sur les couches aériennes avec lesquelles il est en contact.

r.îo 01*11(^11. AI MüslMir.UigLl..

Considérez par un temps calme et serein des objets éloignés, ou l'ombre que des arbres projettent sur une surface échauffée par le soleil, vous verrez que leurs contours oscillent conlinuellemenl; cet effet est encore plus marqué si l’on regarde à travers une » lunette des objets placés à l'horizon. Souvent des morceaux de l’horizon semblent se détacher, flotter dans l’air, puis retomlver. Si l’objet est petit il paraîtra double ou multiple : ainsi M. Bîot, en regardant à travers une longue-vue une lumière très-éloignée, la vit double; l'image colorée et étendue était placée verticalement au-dessus do la lumière réelle. Un instant après, au lieu de deux lumières il en vit plusieurs qui apparaissaient et disparaissaient à des intervalles irréguliers; les plus basses, qui se rapprochaient le plus de la lumière réelle, étaient les plus étendues et les plus brillantes. Quelquefois des objets situés au milieu d’une plaine paraissent doubles, et plusieurs images se forment au-dessus ou audessous d’eux : ce phénomène est connu sous le nom de mirage; sur la côte septentrionale de l’Allemagne, on le désigne sous le nom de Ktmniung.

Désignons (PI. v, fig. i) par 0 l’œil de l’observateur : la ligne HH' représente l'horizon. Si le rayon OH traversait une couche d’air d’égale densité, on verrait l’objet H tà la place qu’il occupe réellement ; mais si le temps est calme et la terre lortement échauffée , la température diminue rapidement à partir do la surface du sol, et le changement de densité dans les couches inférieures, qui en est le résultat, change les réfractions. Le rayon H'C passant en G d’une couche d’air plus chaude dans une couche d’air plus froide, et par conséquent plus dense, sc rapproche de la verticale : et comme cet effet a lieu dans chaque couche, il en résulte qu’il décrit la courbe H'CA et n’arrive pas à l'œil : mais un autre rayon plus bas décrit la courbe HDO, arrive à l'œil, et l’objet vu en H paraissant renversé, on croirait qu’il se mire dans un liquide transparent. L’illusion est d'autant plus forte que les rayons partis des points intermédiaires entre H et H' n’arrivent pas à l’œil, et il semble qu’il y ait un espace vide dans le voisinage de l’image renver.-^ée; e.-^pace que l’on est d’autant plus tenté de prendre pour de l’eau que les courants d’air qui se mêlent font trembler les objets, et simulent une surface agitée par le vent. Si l’air est plus froid à la surface de la mer ou des champs de glace qu’à la hauteur de quelques décimètres au-dessus, l’image renversée est au-dessus de l’objet, et au-dessus de la première image il y en a une seconde qui n’est pas renversée. xtTollaston indique une expiuience bien simple qui réalise le phénomène : l'on choisit un vase cubique à

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MllJAOI..

piiruis bien planes, on y verse d’abord de l'eau, puis de l'acide su!fiirique, au moyen d’un entonnoir dont l’extréinilé touche le fond du vase. Quand l’expérience est faite avec précaution l’acide sulfurique occupe le fond du vase, mais ses couches vont en diminuant de densité à mesure qu’elles se rapprochent de la surface de l’eau. Si maintenant l’on place derrière le vase un papier couvert de quelques lettres et que l’œil se trouve sur la même ligne horizontale, on pourra voir l'objet directement et par réfraction.

Le mirage se présente surtout dans des plaines étendues lorsque le temps est calme et le sol échauffé par le soleil ; les plaines de l’Asie et de l’Afrique sont devenues célèbres sous ce rapport : ainsi, pendant l’expédition d’Égypte, l’armée française éprouva souvent de cruelles déceptions. Le sol de la haute Égypte forme une plaine parfaitement horizontale; les villages sont situés sur de petites éminences. Le malin et le soir ils paraissent dans leur situation et à leur distance réelle, mais quand le sol est fortement échauilé le pays ressemble à un lac, et les villages paraissent bâtis sur des lies et se reflètent dans l’eau. Quand on approche, le lac disparait et le voyageur dévoré par la soif est trompé dans son espoir. Ce phénomène est si commun dans ces contrées, que le Koran désigne par le mol serab, qui veut dire mirage, tout ce qui est trompeur. Il dit, par exemple ; « Les actions de l’incrédule sont semblables au serab de la plaine; celui qui a soif le prend pour de l’eau jusqu’à ce qu’il s’en approche, et trouve que ce n’est rien. » Quoiqu’il soit plus commun en Orient, le mirage existe cependant dans nos plaines beaucoup plus souvent qu’on ne le croit, surtout quand on approche la télé de la surface du sol : je l’ai observé dans les environs de Halle, dans le pays de Magdebourg et sur les bords de la mer Baltique, où je me croyais souvent au milieu d’une grande nappe d’eau.

Si le .«ol est plus froid que l’air qui est en contact avec lui, alors la température des couches aériennes croît rapidement avec la hauteur, et on voit non-seulement au-dessus de l’objet son image renversée, mais le cercle visuel du spectateur est singulièrement agrandi. Scoresby a fait un grand nombre d’observations de ce genre dans les parages du Groenland. Le 19 juin 1822 le soleil était tres-chand, et la côte parut subitement rapprochée do 2o à 35 kilomètres ; les différentes éminences étaient tellement relevées , que du pont du navire on les voyait aussi bien qu’auparavanl de lu hune de misaine. La glace à l’horizon prenait des formes singulières, de gros blocs semblaient des colonnes, des glaçons et des champs de glace une chaîne de rochers prismatiques, et dans beaucoup de points la glace parut

by

OPÏlQUt ATMOSPHÉRIQUE.

ôire en l'air à quelques minutes au-dessus de l’horizon. Les navires qui se trouvaient dans le voisinage avaient les formes les plus bizarres; dans quelques-uns la grande voile semblait réduite à rien, tandis que la voile de misaine paraissait quatre fois plus grande qu’elle ne l’est; les huniers semblaient rapetissés. 11 y avait encore d’autres apparences bizarres. Au-dessus des huniers on voyait encore une voile semblable à une voile de perroquet déralinguée ; dans d’autres la voile de misaine semblait partag’e en deux, en ce que la véritable voile était séparée de son image |>ar un intervalle. Audessus de navires éloignés on voyait leur propre image renversée et agrandie; dans quelques cas elle était assez élevée au-dessus du navire, mais alors elle était toujours plus petite que l’original. On vit pendant quelques minutes l’image d’un navire qui lui-même était au-dessous de l'horizon; un navire était même surmonté de deux navires, l’un droit, l’autre renversé. Quelques jours plus tard Scoreiby vit les mêmes apparences : o Le phénomène le plus curieux , dit-il , c’était de voir l'image renversée et parfaitement nette d’un navire qui se trouvait au-dessous de notre horizon. Nous avions observé des apparences semblables, mais ce qu’il y avait de particulier dans celle-ci , c’était la netteté de l’image et le grand éloignement du navire qu’elle représentait. Ses contours étaient si bien marqués, qu’en regardant cette imago à travers une lunette de Bollond, je distinguais les détails de la voilure et de la carcasse du navire; je reconnus le navire de mon père, et quand nous comparémes nos livres do looch, nous vîmes que nous étions alors à 55 kilomètres l’un de l’antre, savoir, 31 kilomètres au delà de l’horizon réel , et plusieurs myriamètres au delà des limites de la vue distincte. »

Il y a mirage, dans l’acception propre de ce mot, quand nous vovons au-dessous de l’objet son image renversée, et alors l’air est plus chaud dans le voisinage du sol qu’à une certaine hauteur. Ce phénomène témoigne d’un état anormal de l’atmosphère, et le calme, indispensable à sa production, est souvent troublé par des courants ascendants et de violents coups de vent ; aussi plusieurs observateurs disent-ils que le mirage est précurseur de la tempête.

DES COURONNES ET DES UAEOS EN CÉNÉRAE. — Quand lu lumière qui vient des astres tombe sur des vapeurs condensées à l’état vésiculaire on en particules glacées, alors elle éprouve diverses moditications, et il en résulte des phénomènes connus sous le nom de couronnes et de /lalos; ordinairement on désigne par ces deux noms deux phénomènes fort ditférents par leur aspect et par leur origine. Quand le ciel est couvert de légers nua-

COUROMNF.S.

ges, on voit souvent un cercle coloré où domine le rouge entourer la lune ou le soleil; son diamètre ne comprend (pie quelque' degrés, d’autres fois on observe plusieurs anneaux cnncentriipies du même genre séparés par des intervalles où domine le vert : nous désignerons ces anneaux sous le nom do couronnox [Lichthranz oii Kranz, ail.); quelques auteurs les nomment petits halos. Je range aussi parmi les couronnes ce phénomène où l’ombre de l’observateur tombant sur un nuage, sa tète paraît entourée d’une auréole ou de cercles colorés. Dans la description du Rigi, le géographe Relier désigne ce phénomène sous le nom de Nebelbild ( image de brouillard) qu’il jiorle dans les .\lpes. Sur le Rrocken on le nomme le sjiectre du Brocken [Brockengespenst) quelquefois on l’appelle gloire : nous le nommerons antliélie [ÙegemoTwe). La seconde classe de ces phénomènes constitue les halos proprement dits, qu’on pourrait nommer grands halos; sous ce nom nous comprenons de grands cercles qui entourent le soleil ou la lune, et dont le diamètre comprend près de 4i® : ils s’accompagnent de cercles d’un diamètre double, de parhélies [Nebensoimen) et d’autres cercles. Ces deux classes de phénomènes ont une origine très-ditîèrente ; les premiers se forment dans les vapeurs vésiculaires, les autres dans des cristaux do glace.

DBS COURONNES. — Quand dcs nuages légers ou des brouillards passent devant le soleil et affaiblissent ses rayons, la couronne est plus ou moins régulière. Comme on est ordinairement trop ébloui par les rayons du soleil pour distinguer les colorations qui entourent son disque, le phénomène se remariiue le plus souvent autour de la lune; pour l’examiner auteur du soleil, il faut se servir d’un miroir noirci sur l’une de ses faces : alors la réflexion affaiblit tellement l’éclat des rayons, qu’on peut étiidror les couronnes qui entourent le soleil.

Tous les nuages qui ne sont pas trop épais |X)ur que la lumière du soleil puisse les traverser, les cirrus et les cirro-stratus exceptés, offrent des traces de couronnes; mais la vivacité des couleurs n’est pas toujours la même. Je ne les ai jamais vues si belles que sur les brouillards qui, pendant la nuit, se forment dans les vallées et s’élèvent vers le milieu du jour au sommet des montagnes. Quand des lambeaux de nuages passaient entre le soleil et moi , alors les couleurs avaient une vivacité que je leur ai rarement vue; elles ne sont pas moins belles sur \es cirro-cumulus, surtout quand ils sont par petites masses d’un blanc éblouissant et dont les bords sont tellement confondus qu’on a de la peine à suivre leurs contours sur le ciel. Des nuages de même forme dont les bords sont plus frisés,

’ -nnglc

424 OPTIQI K atmosphériqh:.

et que je ranc;0 parmi les stra/o-cuniu/u.' , ne donnent lieu qu’à des couronnes incomplètes : on y voit le plus souvent un rouge d’une teinte indécise et mal circonscrite. Dans les vrais cumulus, la masse des vésicules est souvent si grande que la lumière no peut pas les traverser en quantité suflisante pour que le phénomène se produise; mais souvent on aperçoit les couleurs dans de légers flocons qui se détachent du nuage principal et se ra[tprochent du soleil : ce phénomène n’est donc [H)int rare, car on peut l’observer chaque fois (pie de légers nuages passent devant le soleil.

Si la couronne est complète on remarque plusieurs cercles concentriques. Près du soleil ils sont d'un bleu mat, le second cercle est blanc et le troisième rouge . ce qui termine la première série ; dans la seconde on voit, en allant toujours dans la direction du centre à la circonférence, dri pourpre, du bleu, du vert, du jaunepâle et du rouge; rarement la série est aussi complète. Le plus souvent on observe près du soleil du bleu mêlé de blanc, puis un cercle rouge bien limité en dedans et qui se confond en dehors avec les autres; s’il eNisle en dehors de -celui-ci un second cercle rouge, alors on distingue du vert dans l’intervalle qui les sépare. La distance de ce cercle au centre du soleil varie suivant l’état des nuages et de l'atmosphère; j’ai trouvé depuis 1“ jusqu’à 4".

D’apres les consciencieuses recherches de Fraunhofer, ces couronnes sont dues à ces modifications de la lumière qui sont connues sous le nom de diffraction; et quoiqu’il nous soit impossible d’analyser complètement les lois du phénomène sans le secours des mathématiques, je vais tâcher néanmoins de les exposer aussi clairement que possible.

Considérons à travers une fente faite avec un canif dans une feuille de (lapier bien ferme un point lumineux tel que l’image du soleil ou celle (l’une bougie éloignée réfléchie par un verre de montre noirci , ou la boule d’un thermomètre; nous verrons des deux côtés du point lumineux une série d’images colorées. Si, au lieu de la lumière blanche, nous opé'rons sur un rayon coloré, tel que celui qu’on obtient en la faisant passer à travers un verre coloré, nous obtiendrons une série d’images séparées par des intervalles obscurs ; mais toutes choses étant égales d’ailleurs, l’écartement des rayons rouges sera moindre que celui des rayons bleus. Ce phénomène provient de ce que les ondes continuent leur chemin à travers la fente, mais les bords de celle-ci deviennent le point de départ de nouvelles ondulations qui agissent par interférence, soit entre elles, soit sur les ondes directes, de façon que dans certains points il y a obscurité; sur d’autres, renforcement de la lumière ; d’où résulte

COUnONXKS.

l’alternance de parties éclairées et de bandes obscures. L’éloignement de ces images du point lumineux dé[)ond de la longueur de l’onde de la lumière employée. Prenons de la lumière blanche, la bande obscure du rayon rouge tombera là où deux rayons bleus s’ajoutent : ce point paraîtra donc bleu. Le calcul e.xacl de la position de chacune des couleurs isolées donne des intervalles qui s’accordent parfaitement avec l’expéiience.

Les phénomènes sont encore plus remarquables si, au lieu d’une seule fente, on en considère plusieurs également larges et équidistantes; Tetfet de chacune d’elles est augmenté par les autres. Tracez sur une lame de verre avec un diamant plusieurs traits équidistants, puis regardez à travers la llaumie d’une bougie : vous verrez autour de la Uamme dos rayons colorés dont la direction est perpendiculaire à celle des traits. Si l’on avait tracé une série de traits perpendiculaires aux premiers, on aurait obtenu deux systèmes d’images croisées à angle droit; on peut voir ces effeLs, quoique assez imparfaitement, en regardant une lumière à travers une mousseline trés-line. Si les parties Iranspai entes n’étaient pas, comme ici, en séries parallèles, mais disposées arbitrairement dans l’espace, quoique groupées symétriquement autour d'un [wint, les images formeraient des cercles dont le centre serait le point lumineux : c’est ce que vit Fraunhofer en regardant un point lumineux éloigné à travers un grand nombre de lames minces ou de petites boules de verre d’égal diamètre placées entre dos lames de la même substance' Le point lumineux considéré à travers ces appareils était entouré d'anneaux colorés; on le voit moins bien en ternissant un verre avec l'haleine et en regardant à travers une lumière éloignée : les dilférentes parties de la lame ayant une transparence et des propriétés réfringentes différentes, il en résulte une foule de systèmes d’ondes qui agissent les uns sur les autres par interférence, et produisent ainsi différentes couleurs. Quand des vitres n’ont pas été nettoyées depuis long-temps, il se forme une légère couche de poussière et de fumée à leur surface; et comme ces particules opaques sont à peu près de même grosseur, la flamme •d’une bougie considérée à travers cette vitre sera entourée d’une couronne colorée qui sera circulaire, parce que les particules qui infléchissent la lumière sont disposées symétriquement autour d’une ligne idéale qui joindrait la lumière et l’œil. Le phénomène se produit avec la lumière réfléchie aussi bien qu’avec la lumière directe. Si, dans ce dernier cas, nous avions considéré l'image de la flamme d’une bougie réfléchie par une lame de verre ternie parle souffle, nous eussions vu de même autour d'elle une couronne circulaire,

de même que sur le verre rayé nous voyons des bandes colorées des deux côtés de l’image réfléchie. L’écarlementdes images dépend ici, comme dans le cas précédent, de récartement des raies.

Si les vésicules du brouillard ne sont pas trop nombreuses et d’un diamètre égal , alors elles agissent sur la lumière du soleil comme la fumée sur une lame de verre; l’astre est entouré d’un cercle lumineux dont le diamètre dépend de celui des vésicules. Ces deux grandeurs sont si intimement liées entre elles que la mesure du diamètre^es couronnes est le meilleur moyen pour connaître celui des vésicules du brouillanl, et c’est ce moyen que nous avons employé pour obtenir les nombres que nous avons donnés p. 110. Si les vésicules de vapeur dans l’atmosphère n’ont pas la même grandeur, alors, d’après les lois de la diffraction, on ne saurait obtenir des couronnes lumineuses, mais seulement une auréole lu> mineuse.

Quiconque a étudié ces phénomènes s’est convaincu de leur variabilité. Qu’il me suffise de citer les couleurs irisées des nuages. Quand des nuages blancs, dont les bords sont parallèles à l’horizon et qui ont la forme de cirro-cumulus , se trouvent dans le voisinage du soleil, on observe, à l’aide du miroir noirci, les couleurs vives tlu prisme sous la forme de franges parallèles au bord des nuages, et souvent éloignées du soleil de 10°. Ordinairement ces franges sont vertes au dedans et bordées de deux lignes rouges; elles sont réparties irrégulièrement dans le nuage et à des distances différentes du soleil. Probablement les vésicules ont sur certains points des dimensions fort inégales qui détruisent la symétrie du cercle et annoncent une pluie prochaine.

AJrTHBXOBS. — Si le soleil est près de l’horizon et que l’ombre de l’observateur tombe sur de l’herbe , un champ de céréales ou une autre surface couverte de rosée , alors il observe une auréole dont la lueur est vive, surtout dans le voisinage de sa tête, mais qui va en diminuant à partir de ce centre. Cette lueur est due à la réflexion do la lumière par les chaumes mouillés et les gouttes de rosée ; elle est plus vive autour de la tète, parce que les chaumes situés dans le voisinage de l’ombre de la tête lui montrent toute leur portion éclairée, tandis que ceux qui sont plus éloignés lui montrent des parties éclairées et d’autres qui ne le sont pas, ce qui diminue leur clarté proportionnellement à leur di^ stance de la tète. Le chaume ayant une forme cylindrique , il en résulte que l’auréple est un peu allongée dans le sens vertical.

' L’anlhélie vu par Bouguer dans les Cordillières, et depuis lui par plusieurs voyageurs dans d’autres contrées, s’explique toujours

Digülzcd ■; -

ANTHÉLIE. 427

de cette manière. Sooretby l’a surtout décrit avec détail ; suivant ses observations, le phénomène se montre dans les régions polaires chaque fois qu’il y a simultanément du brouillard et du soleil. J'ai vérifié ce lait sur les Alpes. Dès que mon ombre était projetée sur un nuage, la tète se montrait entourée d’une auréole lumineuse. Dans les mers polaires, quand une couche de brouillard peu épaisse repose sur la mer et s’élève à la hauteur de 90 à 100 mètres, un observateur placé sur le mût de misaine à 25 ou 30 mètres audessus de la mer, aperçoit un ou plusieurs cercles sur le brouillard. Ces cercles sont concentriques, et leur centre commun se trouve sur une ligne droite qui va de l’œil de l’observateur au brouillard, du côté opposé à celui où se trouve le soleil. Le nombre des cercles varie de un à cinq; ils sont surtout nombreux et bien colorés quand le soleil est très-brillant et le brouillard épais et bas. Le 23 juillet 1821 , Scoresby vit quatre cercles concentriques autour de sa tète ; le premier était blanc ou jaune, rouge et pourpre; le second bleu, vert, jaune, rouge et pourpre; le troisième vert, blanchâtre, jaunâtre, rouge et pourpre; le quatrième verdâtre , blanc et plus foncé sur les bords. Les couleurs du premier et du second étaient très-vives; celles du troisième, visibles seulement par intervalles, étaient très-faibles, et le quatrième n’offrait qu’une légère teinte de vert. Les demi-diamètres de ces cercles avaient les longueurs suivantes : demi-diamètre du n° 4, bord interne, 36® 50', bord externe 41“ à 42“ ; demi-diamètre du n® 3, 6® 30'; demi-diamètre du n“ 2, 4“ 45^; du n® 1, 1® 45'. Le cercle n® 4, auquel Scoretby assigne un diamètre de 40“ envirdn , parait être fort rare; toujours est-il que je ne l’ai vu que deux ou trois fois dans les Alpes, peut-être parce que les nuages étaient trop petits. Ûa doit le considérer comme un arc-en-ciel formé dans de petites gouttelettes, aussi n’en parlerai-je pas ici plus longuement

■ L’auteur semble Ict admettre que te cercle blanc-verdâtre ou cercle n" 4 do SeorrfibT est un arc-en-ciel ordinaire, qui parait blanc parce que ses couleurs sont trâs-pâies ; mais il est diSicile d'£tre de son avis si l'on a égard aux me^ures qui ont été faites du rayon de cet arc. Les observations de Boannrr et Llloa au Pérou donnent 33" 30' pour ce rayon ; celle de Seorcaby, 38* 60', la moyenne de deux observations de M, Kaemlt, 39" 48'; M. Brivaii a trouvé 36° pour une mesure faite à Bcll-Sound (Spitzberg | , et 3S° 54' d'après la moyenne de cinq mesures faites sur le Faulhorn en 1841. La moyenne générale de ces cinq nombres est 37° 12'. Cet angle est trop différent de l’angle 41° 30', qui représente le rayon moyen de l’arcen-ciel ordinaire, pour que le cercle puisse être considéré comme un véritable arcen-ciel.

Scoresby a remarqué que ce cercle offrait une légère teinte verdâtre. Dans les trois apparitions qui se sont offertes à M. Braraia, il n’a rien pu voir de pareil ; mais seulement une fois il a cru distinguer une très- faible teinte rougeâtre dans la partie la plus extérieure du cercle.

La cause de ce phénomène n’est pas encore bien connue. Le nuage sur lequel il se produit est-il formé d’eau liquide ou de particules glacées! La première de ces

428 OPTIQUK ATMOSPHI^IRIQL'K.

Bougner pensait quc le phénomène de l’anthélie était dit au passage de la lumière à travers des particules glacées; c’est aussi l’opinion de de Seunare Cl de Sooresby, mais Ramond fit observer qu’il l’a vu dans les Pyrénées par des températures avec lesquelles on ne pouvait pas supposer qu’il y eût de ces particules dans l'air; il rappelle en même temps une observation faite par M. Qmaliuf d'^dloy le 27 août 4807, dans le voisinage de Spa. Mes observations dans les Alpes confirment cette opinion, car j’avais souvent une température de 10® dans le voisinage du brouillard. Tout le phénomène peut se déduire, comme fa très-bien dit Frannhofer, de la dilfraction de la lumière; cette théorie est confirmée par les observations dans lesquelles j’ai vu d abord une couronne lorsque le nuage était entre moi et le soleil , puis un anthélie lorsqu’il s’élait porté dans une direction opposée à celle de l’astre. La lumière est rélléchie plus forlcmenl dans le voisinage de la tète par les vésicules du brouillard comme par les brins d’herbe; car nous recevons alors la lumière qui nous est renvoyée par la face antérieure et la face postérieure : ainsi donc l'éclat de la lumière doit aller en diminuant à partir de ce centre. Quand bes rayons réüéchis passent, avant d’arriver à l’œil, par d’autres vésicules, alors ils sont aussi diffractés, et il en résulte des anneaux colorés.

HAltOS. — Ces phénomènes optiques sont si compliqués qu’il est difficile même de les décrire; peu d’observateurs les ont vus complètement, et pendant l’observation même leurs apparences changent souvent. Je vais rapporter ici la description que Xiowite a donnée de celui qu’il a observé à Pétersbourg le 29 juin 4790. Pendant long-temps on n’a point eu d’autre description exacte; mais le 42 mai 4824, HoffetRrie*, à Gotha, en décrivirent un second fort complet, et le 27 mars 4826 Sobult, Hansteen et Segelke virent des phénomènes semblables en Norvège.

A Pétersbourg l’air était chargé de brume, et le phénomène persista depuis 7 heures 30 minutes jusqu’à midi 30 minutes sans avoir toujours la même intensité. Voici quelles étaient les |)arlies principales, PI. v, fig. 3 ; 4® un anneau de 22® de diamètre dont le soleil a occupait le centre; il était coloré en rouge au dedans et d’un bleu pâle à l’extérieur. C’est ordinairement un cercle unique. ZK>witz a vu à sa place deux cercles c d b e qui se coupaient en

deux opinions est la plus prohabic. Il est remarquable que ce nuage est le plus souvent situé très-prèi> de l’observateur, et quelquelois h un petit nombre <le mètres de distanee. ixi cercie dont il s'agit iei porte quelquefois le nom de cercle d’VUna ou nrc-cn-clfl blanc. M.

HALOS

haut et en bas; en Norvège on en a vu trois. Suivant Æpinu*, qui considère ces cercles comme des ellipses, ils seraient assez communs.

2° Un cercle z z z dont le sojeil est le centre et qui est aussi coloré. En général il offre des couleurs plus tranchées que le pre- ^ mier; son diamètre est le double environ.

3° Un cercle horizontal blanc a b z g h f c lisant par le soleil et faisant le tour de l’horizon. ”

4® Il y avait sur ce cercle cinq parhélies, deux x et t/ un peu au delà du petit cercle; ordinairement ils se trouvent au point d’intersection de ce cercle vertical avec l’horizontal. Ils paraissaient colorés et leur côté rouge était tourné vers le soleil ; ils avaient des prolongements brillants qui s’étendaient suivant x: et yz sur le cercle horizontal ; les arcs colorés xi et yk qui en parlaient n’ont jamais été revus par personne.

5“ Le troisième parhélie h était placé sur le grand cercle horizontal en face du soleil; il était d’un blanc pâle.

6® Les quatrième et cinquième parhélies fetg étaient également blancs ; tous les observateurs sont d’accord là-dessus. On les voit plus rarement; ils paraissent exister aux points d’intersection d’un cercle d’environ 90® de rayon, dont le soleil est le centre avec le cercle horizontal.

7° En haut , en d le cercle intérieur brillait d’un tel éclat que l’œil avait de la peine à le soutenir. Verticalement au-dessus du soleil le cercle intérieur est aussi plus lumineux, et l’on y observe souvent un arc convexe vers le soleil.

8® Itowitz vit un arc semblable en r e/’à la partie inférieure de ce cercle; il était fort large et très-brillant, mais d’un demi-diamètre moindre que celui de chacun des autres.

9“ Au point culminant z du grand cercle vertical, il vit l'arc pzq qui était convexe vers le soleil; il. était aussi vivement coloré que le cercle 2 s s. Il est toujours placé verticalement au-dessus du soleil , et à la même distance que la circonférence zzz.

40® liowits vit en outre deux arcs h l a elh m a qui passaient par le parhélie h, et qu’il a figurés passant aussi par d, le point culminant du cercle intérieur; ils étaient blancs et si pâles que plusieurs personnes ne purent pas les distinguer. l«owiu dit qu’ils se coupaient dans la région brillante près de d; mais comme SebuU les fait passer par le soleil , Brandes pense que cet astre est leur vrai point d’intersection, mais qu’on a de la peine à les suivre jusqu’à lui. Ces deux arcs se voient rarement; néanmoins d’autres

observateurs les ont signalés et disent qu’jls se coupent sous un angle de 60<>.

41® Enfin i.owiu a vu de<ix autres cercles, U' et t’u', tangents aü grand cercle vertical ; leurs points de tangence oo étaient distants d’environ 60®, leur largeur et leur coloration étaient celles de l’arcen-ciel ; ils sont aussi fort rares *.

Les halos lunaires et solaires sont moins rares qu’on ne le pense ; il en est souvent question dans les feuilles publiques, où des observateurs peu instruits les décrivent sous le nom d’arcs-en-ciel. Nous verrons plus tard que l'origine de l’arc-en-ciel et sa position relat'i-

' La planche da frontispice représente un hato solaire observé k Piteo en Suède par M. BnnU et moi le 4 octobre 1839. Quoique ce halo soitloin d'être aussi complet que celui figuré par l'auteur ipl. v, fig. 3i, il reproduit cependant les apparences qui se présentent le moins rarement, avec la disposition des couleurs propres aux diverses parties du phénomène.

La hauteur du soleil a varié de 13° à 20° pendant l'observation ; mais ponr ne pas agrandir inutilement le cadre de la figure, on a , dans le dessin, considérablement diminué cette hauteur.

La projection du phénomène est faite sur un pian vertical perpendiculaire au plan vertical qui contient le soleil et l'observateur; cette circonstance explique pourquoi les différents cercles offrent des formes elliptiques ou d’hyperboles

évasées.

L'arc tangent an halo de 47°, arc circunuènilhal externe, était très-brillant pendant notre observation, et les diverses teintes des spectres solaires s'y di.scernaient aussi nettement que dans un arc-en-ciel ordinaire. Cet arc s'étendait considérablement soit à droite, soit à gauche. Kn joignant idéalement ses deux extrémités avec le zénith du lieu, on formait un secteur d'environ 90°; c'était l'amplilude aximulhale de cet are. Du reste, il paraissait horizontal i l'œil.

Ce résultat est conforme avec la théorie que M. Gille a donnée de ces arcs circumzénithaux [BerüUrungsbngen] , dans les Annalet de Poggendorjf, t. xux , p. 261-'272.

On remarque que les deux parhélies en face du soleil étaient placées un peu en dehors du halo ordinaire, ce qui est pareillement conforme à l'explication théorique qu'en ont donnée les météorologistes.

Le phénomène a duré depuis 9 heures du matin jusqu'à 3 heures du soir.

~Vers 2 heures j'ai observé sur le cercle horizontal deux nouveaux parhélies situés à environ 45° du soleil. Ils ne forent visibles que pendant quelques instants sur un groupe de cumulue blancs, et dUparurent avec la disposition des nuages qui les rendait visibles.

La planche du frontispice représente, en allant de haut ea bas :

1° L’arc circumzénithal externe présentant les teintes du spectre, U correspond à l’arc P Z g (pl. v, fig. 3|.

2" Le halo extraordinaire ou cercle vertical extérieur de 47°, correspondant à l’arc Z Z Z.

3° Un arc tangent au halo ordinaire ou cercle intérieur, qui, dans la fig. 3, serait tangent en d.

4° Le halo ordinaire on cercle vertical Intérieur de 22° de rayon, remplacé dans la fig. 3 par deux circonférences d c e et d b e, qui se coupent en al et en e.

5° Le soleil placé au centre du lialo ordinaire et supposé en a dans la fig. 3.

6° Le cercle horizontal ou parhé'ique, passant par le soleil et correspondant au cercle nzfhgZnAc\a fig. 3,

7° Les tieux parhélies placés un peu en dehors des points d’intersection du halo ordinaire et du cercle horizontal correspondants aux points z et y de la fig. 3.

HALOS

vement au soleil est bien différente de celle des halos. Les halos en effet existent ordinairement entre l’observateur et le soleil ; l’aroen-ciel, au contraire, se forme dans la partie du ciel opposée au soleil, auquel l’observateur tourne le dos. Souvent il n’y a que des portions de halo qu’on ne peut apercevoir qu’à l’aide du miroir noirci, et non pas en les regardant directement.

Les halos lunaires se montrent quand les étoiles sont peu brillantes; pendant le jour le ciel a un aspect mat et l’horizon est blanc : l’apparence du ciel est donc celle qui accompagne les couronnes. La disposition des nuages n’est pas la même dans les deuiç cas. Les couronnes se montrent au milieu des cumulus, les halos dans les cirrus; il n’est aucun de ces nuages qui n’en offre des traces, et quoique les opinions de différents observateurs different entre elles, tout ce que j’ai vu m’a convaincu de l’exactitude de la mienne.

Quelques auteurs assurent avoir vu en même temps des halos et des couronnes autour du soleil ou de la lune; mais d’après mes observations cette coexistence est bien rare, et même alors, en tenant compte de toutes les circonstances, on trouve que les couronnes se forment dans des cumulus qui flottent dans les régions inférieures de l’atmosphère, et sont souvent si ténus qu’on ne les voit qu’en regardant le ciel avec beaucoup d’attention : ainsi donc ces deux phénomènes sont distincts. En outre , dans les couronnes le rouge est plus éloigné du soleil que le bleu ; c’est le contraire dans les halos : nous sommes forcés d’en conclure que les halos sont un effet de réfraction. Mariotte avait admis que la lumière se réfractait dans de petits cristaux de neige ; toutes les observations faites depuis lui ont donné à cette opinion le plus haut degré de probabilité. Non-seulement les dimensions des halos sont précisément celles que donne le calcul quand on part de cette hypothèse , mais encore on peut s’en assurer directement en hiver. Dans cette saison, quand de petits cristaux transparents flottent dans l’atmosphère, ils paraissent souvent teints des couleurs du prisme; si on mesure leur distance du soleil, on trouve qu’elle est la même que celle des halos. Toutes considérations mathématiques étant exclues de cet ouvrage, je renvoie à mon Traité de météorologie.

Sraade* , qui a fait sur les halos les recherchas les plus assidues, et dans lesquelles il développe les idées de Venturi et de Fraunhufer, divise en trois catégories les cercles qu’il a vus pendant un halo ; cercles dont le soleil occupe le centre; 2" cercles qui passent par le soleil; 3® arcs tangents aux cercles de la pre^ mière classe.

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OI'TlyLt .XT.MüSl'HKKiQUK.

DrS CERCX.ES DONT EE SOEEIE OCCUPE EE CEN- TRE. — Éludions d’abord los cercles de la première classe. Quand un rayon de soleil est réfracté par un prisme immobile, les rayons incidents et réfractés font entre eux un angle qui dépend de la substance, de l’angle du prisme, et aussi de celui sous lequel le rayon est incident; si l'angle d’incidence varie, celui du rayon réfracté varie avec lui. Toutefois le calcul et l’expérience prouvent qu’il y a une position du prisme dans laquelle l’angle d’incidence peut varier sans que la direction du rayon réfracté soit sensiblement changée. Prenez un prisme de verre et présentez- le au rayon de soleil incident de telle façon que le rayon réfracté s’écarte autant que possible du rayon incident; tournez lentement le prisme autour de son axe en mesurant l’angle de rotation; la direction du rayon réfracté s’écarte toujours plus de celle du rayon incident, et ce changement est assez rapide. Mais si l’on continue à tourner le prisme, il finit par prendre une portion telle qu’on peut tourner ce prisme de jilusieurs degrés sans que la direction du rayon rétracté change sensiblement. Dans celte position le rayon incident et le rayon réfracté font entre eux le plus petit angle possible; c’est la position du minimum de déviation. Ce minimum de déviation est important à considérer dans ces recherches et dans les suivantes.

Imaginons maintenant une série de prismes identiques placés les uns au-dessus des autres, de façon que leurs axes soient sur une même ligne droite, mais que sur l’inférieur le rayon incident coïncide avec la verticale, tandis que dans le second il s’en écarte de I®, dans le troisième de 2®, etc.; on verra sur une surface blanche placée derrière ces prismes une série de spectres dont la distance horizontale va toujours en augmentant de bas en haut, do manière qu’elle est à peine sensible pour le plus bas dans le voisinage du minimum de déviation. Si les axes de ces pri.'mes n’étaient point en ligne droite, mais inclinés de façon que tous les spectres coïncidassent avec une ligne horizontale, quelques-uns se recouvriraient et formeraient de la lumière blanche ; on verrait donc dans ce point une bande de lumière blanche. C’est seulement dans le voisinage du minimum de déviation que ces spectres ne se recouvriraient pas com|»létement ; il y a plué ; les mêmes couleurs de différents spectres co’i’ncideraient, et il en résulterait un prisme unique très-coloré où le rougo est surtout très-intense; parce que le rouge de l’extrémité du spectre est moins mêlé de teintes étrangères que le bleu , qui reçoit quelques rayons rouges des prismes fortement réfringents et forme du blanc. Dans l’intervalle entre ce

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rouge et l’espace où tombe la lumière directe du soleil , il n’y a que de la lumière diffuse, et cet intervalle paraîtra obscur.

Au lieu d’une seule série de prismes disposés verticalement les uns au-dessus des autres, imaginons-en un grand nombre diversement inclinées sur l’horizon; chacune reproduira le même phénomène : seulement les spectres ne se recouvriront pas uniquement dans le sens horizontal, mais sur une ligne dont l’inclinaison dépend de celle des prismes. Si le nombre de ces séries est très-grand, il en résultera à la fin un cercle lumineux où la couleur rouge sera en dedans, et où le bleu fort pâle passera au blanc-clair. Ce cercle ne se produit que parce qu’un grand nombre de spectres sont placés l’un à‘ côté de l'autre tout autour du soleil , et forment un tout continu, comme la voie lactée et les nébuleuses, qui sont aussi composées de points isolés. L’expérience suivante, toute simple qu’elle est, fait comprendre le mode de formation de ce cercle, dont le centre est un [wint lumineux. Prenez une lame de verre do 2 à 4 centimètres carrés et enduisez-la d’un côté d’une solution d’alun : si la lame est placée horizontalement et que la solution soit uniformément répandue, on trouvera après évaporation des cristaux d’alun dont les faces latérales auront la même inclinaison sur la surface de la lame. Si, à travers cette lame, on regarde un point lumineux éloigné , les faces homologues des cristaux réfléchissant la lumière dans la même direction, on voit une série de points, offrant les couleurs du prisme, qui sont disposés en cercles concentriques ou qui se réunissent en cercles et en arcs continus si les cristaux sont fort nombreux. Quand l'évaporation se fait rapidement, les cristaux sont plus petits et le cercle mieux marqué.; on peut encore fixer la lame de verre à l’extrémité d’un tube do carton noirci intérienrement, et terminé à l’autre extrémité par un cercle dont le centre est percé d’un trou circulaire.

De petits cristaux de glace flottant dans l'atmosphcre réfractent aussi la lumière. Nous avons vu que les flocons de neige peuvent se. ramener à des prismes dont les surfaces font entre elles des angles de 60 degrés*. Si un prisme de ce genre tourne sur lui-même dans

' Les prismes que forme l’e.'ui en se congelant ne sont pas triangulaires, mais hcxngonatix ; ainsi deux foces contiguës sont inclinées l’une sur l'autre non de 60®, mais de 120®. Un angle dièdre aussi ouvert ne peut laisser passer aucun rayon de lumière; le rayon après avoir traversé la première face, s’il atteint la seconde, y éprouve une réflexion totale qui le renvoie dans l'Intérieur du cristal.

Il n’en est plus de même si l’on considère deux faces séparées entre elles par une face intermédiaire; ces deux faces, idéalement prolongées, vont se couper en dehors du prisme, sous un angle de 60® ; ce sont les combinaisons binaires de faces ainsi placées qui dévient les rayons du soleil ot produisent le halo.

On se rend facilement compte de cette disposition, en considérant le prisme

43i OPTIQUE ATMOSPHÉRIQUE.

l'atmosphère, il en part continuellement des rayons qui arrivent à notre œil pour disparaître immédiatement après; mais il est évident que le rayon frappera l’œil le plus long-temps possible quand sa déviation atteindra son minimum. Si le nombre de ces prismes est très-grand, alors il arrivera que nous recevrons en même temps les rayons réfractés par un prisme au moment où ceux de l’autre disparaissent, de façon que l’impression sur notre œil sera permanente, quoique les rayons ne lui soient pas envoyés par les mêmes cristaux. Dans la position du minimum de déviation, on verra autour du soleil et de la lune un cercle brillant, rouge en dedans et d’un bleu pAle ou d’un blanc éclatant qui se confond avec l’azur du ciel en dehors. Comme un grand nombre des prismes qui entourent le soleil renvoient leurs spectres vers l’anneau coloré ou encore plus loin, nous no recevons de cet espace que la lumière rétléchie par les [)ariicules aériennes ou les faces des prismes, et il en résulte que cet espace est plus sombre que celui qui se trouve en dehors du cercle.

L’expérience confirme toutes ces données de la théorie. Si on considère attentivement un halo, on verra que le bord interne se distingue par une couleur sombre mal définie qui souvent est grisâtre et d’autant plus marquée que le halo est plus brillant; si nous cherchons la distance qui sépare le milieu du rouge du centre du soleil, nous trouverons entre 21“ oO' et 22“. En calculant cette distance d’après le pouvoir réfringènt bien connu de la glace, nous trouvons exactement la même distance, et le calcul montre aussi que la lumière doit être très-vive dans la position du minimurn de déviation. En faisant tourner un prisme équilatéral autour de son axe (le manière à ce que l’angle d’incidence crois-e chaque fois d’nn degré, nous ne trouvons que 120 positions possibles, et parmi celles-ci 20 seulement, par conséquent | du nombre total, qui soient telles que la lumière subisse le minimum de déviation, ou ne s’en écarte que de. 40'.

L’explication du second cercle (halo extraordinaire) dont le bord rouge est également tourné vers le soleil et en est distant de 45®, offre plus de diflicultés. Brandc» croit qu’il y a peut-être réfraction dans deux prismes situés l’un derrière l’autre; Fraunhofer et Schmidt su|)|K)sent quo les prismes de glace à 6 pans se terminent par des pyramides à base hexagonale dont les faces sont inclinées entre elles de 90«, et que le second cercle est un effet de la réfraction

comme étant le résultat de l’cmbottement de deux prismes triangulaires alternants quant à la position de leurs sommets, et placés comme le montre la partie centrale de la fig. 16 de la planche iv. B.

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de la lumière dans ces pyramides. Mais l’intensilé lumineuse de ce cercle sera toujours moindre que celle du premier, et il en résulte aussi qu’on le voit bien moins souvent ^

Le troisième cercle est encore plus rare ; on n’en possède d’observation complète que celle deHcvel. Il est distant du soleil de 90», et le violet est plus rapproché du soleil que le rouge : ce qui le distingue des deux autres au premier aspect. Ici le rayon tombe sur le prisme de façon que ta surface postérieure le rélléchit complètement et le réfracte après cette réflexion totale , comme nous le verrons plus bas pour l’arc-eu-ciel.

CERCi.z:s QUI PASSENT PAR LE SOLEIL. — Lorsque le soleil est près de l’horizon, une portion de cercle vertical peut s’élever au-dessus de l’astre sous la forme d’une colonne. Le 8 juin 1824 on vit des apparences de ce genre dans plusieurs parties de l’Allemagne. A Dohna, près de Dresde, à 8 heures du soir, au moment où le soleil venait de disparaître derrière les montagnes, Lohrmann vit une bande lumineuse perpendiculaire à l’arc crépusculaire et semblable à la queue d’une comète ; celte colonne avait 30® de haut et 1° de large. A mesure que l’obscurité arrivait l’éclat de la colonne allait en augmentant ; en même temps la colonne s’arrondissait à son extrémité supérieure et se raccourcissait trèsrapidement; de légers nuages vapoieux flottèrent devant la colonne jusqu'à ce qu’elle disparût ; c’étaient probablement des cirrus. Le même phénomène se reproduisit le lendemain au levér du soleil ; on l’a souvent observé depuis. 11 est plus rare de voir une bande audessous du soleil ou de la lune, plus rarement encore un arc hori zontal passe par le soleil de manière que cet astre se trouve au milieu d’une croix. Roth a vu ce phénomène d’une manière très-nette

• Tout le monde est d’accord sur l'explication du halo de 22“ degrés de rayon , mais il n’en est pas de même pour le hiilo extraordinaire de 46“ à 47“ de rayon.

Cependant des deux hypothèses rivales, il parait aujourd'hui que la première (celle de Urandc«| doit être rejetée; car, d’après cette hypothèse, le rayon du halo extraordinaire serait exactement double du rayon du halo ordinaire, et aurait

four valeur 43“i44“; cette valeur est décidément trop faible pour représenter 'observation.

Beste donc l’hypothèse qui explique le halo extraordinaire par une réfraction au travers d'un angle dièdre dont ies faces sont inclinées de 90“ l'une sur l’autre. M. Galle a fait remarquer avec raison qu'il n’était pas nécessaire de recourir aux six faces additionnelles par lesquelles Fraunhufer termine chaque extrémité de .ses prismes hexagonaux , de manière i ce que ceux-ci finissent par des pyramides scxangiilaires ; il suffit de clore le prisme par deux faces pcrpe.ndktulaires à l’axe de ce prisme, qui devient ainsi iin prisme droit hexagonal ; celle manière de voir est tout à faicconforme & ce que l’on sait de la cristallisation du givre ou de la neige jcomme te prouvent les fig. 3. 26, 29, 30, etc., de la planche IV|. Chaque base du prisme en se raccordant avec chacune des six faces latérales forme six angles dièdres de 90'' d'ouverture, et c’est au travers de ces angles dièdres que s’cfTectiie, pour des positions convenables des prismes, le brisement de lumière qui donne naissance au halo extraordinaire. B.

Dr Lrf^irogk

le 2 janvier l")86, aCassel. Avant que le soleil ne parût, une colonne lumineuse verticale, d’un diamètre égal à celui de l’astre, brillait à l’endroit où il devait se lever ; elle ressemblait à une flamme brillante, seulement son éclat élait uniforme dans toute sa hauteur. Bientôt on vit apparaître une image du soleil tellement brillante qu’on la prit pour le soleil lui-mèmo; à peine ce parhélie eut-il quitté l’horizon que le soleil se leva immédiatement au-dessous, suivi d’une répétition do la colonne supérieure. Cette colonne, avec ses trois soleils, resta toujours verticale; les trois soleils étaient parfaitement semblables, seulement le véritable avait plus d’éclat. I.e phénomène dura environ une heure, après quoi un nuage le déroba aux yeux des observateurs.

Dans mon Traité de météorologie j’ai dit que de petits flocons de neige pouvaient se réunir par leurs extrémités et former des filaments jMirallèles. (’.es filaments dispersent la lumière de la même façon qu’une lame de verre recouverte d’un corps gras, qu’on frotte toujours dans le même sens avec la paume de la main, se couvre de stries parallèles qui dispersent la lumière et engendrent un faisceau lumineux |>er|iendiculaire au plan des stries. Ce qui confirme celte idée analogique , c’est que j’ai vu ces colonnes chaque fois qu’il existait dans l’atmosphère des filaments de cirrus dans le voisinage du soleil. Toutefois une observation, qui date du 23 janvier 1838 , montre que celle idée est inexacte et nous conduit à expliquer tout le phénomène, avec Brandei, par la réflexion des cristaux de neige. Pendant plusieurs heures j’aperçus au-dessus du soleil une colonne lumineuse verticale d’environ 10® de hauteur. Le soleil étant à 6® au-dessus de l’horizon et à 1® au-dessus des édifices qui me dérobaient sa vue , je vis au-dessous du soleil une colonne analogue ; mais ce qu’il y a de plus remarquable, c’est que cette colonne se continuait sur le sol depuis le soleil jusqu’à moi; l’air était pur et la température variait pendant toute la durée du phénomène entre — 19®, 6 (8 heures) et — 10®,2 (midi). Beaucoup de particules glacées flottaient en l’air, et entre le soleil et moi j’aperçus un grand nombre de points lumineux sur un espace dont le diamètre était un peu plus grand que celui du soleil; ces points brillants apparaissaient, puis disparaissaient subitement, et le plus petit nombre se montrait sous la forme de lignes lumineuses qui, poussées par un faible vent d’ouest, traversaient la bande dans toute sa largeur. Si les flocons avaient été plus nombreux, ou ma station plus élevée pour pouvoir apercevoir un plus grand nombre de points au-dessous de moi, j’aurais vu sans doute une masse lumineuse continue, et je n’y aurais pas aperçu le mouvement des points isolés. Toutes

PARHÉLIES. 437

ces lignes brillantes étaient blanches, rarement j’y ai remarqué des points colorés. La plus courte distance des points scintillants était de 3 décimètres au plus, car devant la fenêtre où j’observais il y avait une balustrade dont les barreaux, éloignés l'un de l’autre d'un mètre, me servaient de terme de comparaison pendant que les points lumineux passaient devant eux. Le phénomène persista jusqu’à midi , mais plusieurs heures après je vis des points brillants isolés placés verticalement au-dessous du soleil. Il n’y a point ici de phénomènes de diffraction, mais seulement des effets de réflexion. Tous les flocons de neige isolés que j’examinai se copiposaient de petites lames hexaédriques, dont les plus grandes, du diamètre d’une tète d’épingle, étaient fort brillantes. Plusieurs cristaux passèrent près de moi sans réfléchir la lumière parce qu’ils n’étaient pas dans une position favorable. Peu de temps après le lever du soleil j’aperçus une portion du cercle de 22“ de rayon dans l’est, et je vis des points lumineux entre mon œil et des objets terrestres situés dans la direction indiquée par le raisonnement.

Outre ce cercle vertical on en observe souvent un autre, appelé cercle parhélique (voy. PI. v, fig. 3, a y g h f x, et \a figure du frontispice), qui fait tout le tour de l’horizon, auquel il est parallèle ou presque parallèle ; ce cercle est un effet de la réflexion de cristaux de neige dont les surfaces réfléchissantes sont presque verticales, comme Huygens l’avait supposé, tandis que Praunhofer et Schmidt déduisent le phénomène de la diffraction de la lumière.

Brandei explique de la même manière les cercles h l a et h m a (PI. v, fig. 3); il pense qu’ils sont engendrés par la réflexion des prismes, qui font avec la verticale un angle de 60“.

PARHÉXiXES {Nebensonnen). — Ils existent toujours dans le point où deux cercles se coupent, et par conséquent où il y a deux causes productrices de la lumière ; c’est surtout au point d’entrecroisement du cercle vertical et du cercle horizontal ; et on k's observe même lorsqu’il n’y a plus aucune trace de chacun d’eux (PI. V, fig. 3, X y, et la planche du frontispice). Ils ont les couleurs du cercle intérieur et souvent un prolongement en forme de queue, dont la direction co'mcido avec celle du cercle horizontal. Des mesures exactes prouvent que les parhélics ne se trouvent pas exactement au point d’intersection des deux cercles, mais qu’ils sont un peu plus éloignés du soleil. Venturi explique cette circonstance en disant que la réfraction dans les prismes verticaux ne se fait pas exactement dans un plan perpendiculaire aux arêtes; et si l’on développe cette idée par l’analyse, on voit que le parhélie doit s’éloigner d’autant plus du soleil que celui-ci s’élève davan-

by Googifc

tage au-dessus de l’horizon ; non-seulement l’expérience le démontre d’une manière générale, mais la différence entre les valeurs observées, et celles que donne le calcul sont si petites qu’on peut considérer cette opinion comme parfaitement exacte

* Concevons un grand nombre de prismes de glace dont l’axe soit vertical, et dont l'angie dièdre soit de 60°. L’angle dièdre pourra se présenter par rapport au soleil d'une InQnité de manières difirérentes. L'une d'elles est remarquable : c'est celle où le rayon, en traversant l’intérieur du cristal, est perpendiculaire à la ligne horizontale qui divise cet angle dièdre en deux parties égales. La déviation totale, somme des déviations d'entrée et de sortie, est alors le plus petite possible, et, i cause du minimum, le rayon émergent change è peine de lieu si l'on fait tourner l'angle dièdre autour de son arête verticale, comme charnière, d'tfn nombre considérable de degrés, soit dans un sens, soit dans un autre. Il se trouve donc alors, comme dans la théorie de l'arc-cn-ciel et celle des halos, un grand nombre de rayons sortant tous dans la même direction, et, selon la lociition consacrée, ces rayons sortent fjficaces : de là la production d'un parhélie. La branche médiane de la route brisée du rayon lumineux à déviation minimum est placée symétriquement par rapport aux faces verticales d'entrée et de sortie : ainsi, quelle que soit la hauteur angulaire du rayon immergent par rapport à l’horizon, celle du rayon émergent doit être la même ; le parhélie sera tfonc aussi élevé au-dessus de l'borizoïi que l'est lui-même le véritable soleil. Quant à l’amplitude de la déviation, il est facile de voir qu’elle est d'autant plus grande que l'astre rst plus élevé; car l'incidence de ses rayons sur les faces verticales du prisme devient, par ce fait seul, de plus en plus oblique, ce qui détermine une augmentation de plus en plus croissante dans les angles de déviation. Si le soleil est à l'horizon, et si le rayon traverse le prisme perpendiculairement au plan vertical qui bitiègue son angle dièdre, la déviation atteint son minimum absolu d'environ ‘22°, et le parhélie se trouve alors à l'intcrscction du halo ordinaire et du cercle horizontal qui passe par le soleil. Dans tout autre cas, lu parhélie s'écarte en dehors du halo ordinaire , et cet écart latéral croit avec l'altitude de l'astre, comme le montrent les nombres Suivants ;

Hauteur de l’astre sur l’horizon ( 20 Ecart latéral du parhélie t 1 13

La même voie nous mènera, sans le secours du calcul, i l’explication de l’arc circumzénithal tangent au halo ordinaire ou de 22°. Pour fixer les idées, nous supposeron que le soleil soit dans le méridien.

Couchons tous nos prismes verticaux de telle sorte que les axes de ces prismes, en conservant leur parallélisme, deviennent maintenant tous horizontaux, et dirigeoDS-lés d’abord de leile sorte que ces axes soient parallèles à la ligne est-ouest, et par conséquent perpendiculaires au méridien. Tout système de cristaux à axes parallèles doit donner naissance à deux parhélies, comme nous venons de le voir. Pour découvrir comment iis seront situés, il suffit de faire tourner le soleil et les

§rismes tout d'une pièce autour de la méridienne de l'observateur, d’un angle e 90" ; les cristaux deviennent verticaux , le plan du méridien devient l’horizon ; la position des deux parhélies est aussitôt connue d’après les règles données au commencement de cette note. Redressons maintenant tout le système, et ramenons-le à sa première position; il est visible qu’un des parhélies sera situé à 22° au-dessus du soieil , et le second i 22° au-dessous. On voit donc que le cas actuel ne diffière du cas précédent que parce que le plan du méridien joue le rôle que jouait naguère le plan de l'horizon.

Considérons un second système de prismes dont les axes, parallèles entre eux , soient dirigés de l’E. 1° S. à l'0. 1° N.; le plan vertical passant parl’observnteuret perpendiculaire à ces prismes aura pour azimuth le S. 1° O.; le soleil, toujours au méridien, sera donc à gauche de ce plan. Effectuons un rabattement analogue à celui du cas précédent, et faisons tout tourner autour delà ligne horizontale dont l'azimuthestle 8. 1° O ; le plan vertical S. 1° O., après le rabattement, est confondu avec l’horizon ; le cercle parkélique est donc un petit cercle de la sphère passant