D CHAPITRE V

A. — Explications générales.

1. Anciennes Hyporaëses. — Nous avons décrit, avec leurs principaux caractères, les phénomènes dont le Soleil est le siège. Nous allons voir à présent les interprétations qu'en ont données quelques-uns des savants quise sont le plus intéressés à ces problèmes. Celles-ci n’ont pas toujours par elles-mêmes beaucoup de valeur : elles rappellent du moins, sur des sujets toujours controversés, les hypothèses auxquelles on à songé autrefois et aussi les objections qu’elles ont rencontrées (1).

Les difficultés de pareilles explications sont grandes en effet. Bien expliquer un ensemble de faits, c’est le ramener à d’autres qu'on croit connaitre. Or Le Soleil est Le seul objet de son espèce dont les détails soient observables et la matière s’y trouve dans des conditions physiques difficiles à concevoir. On ne saurait alors s'étonner que trop d'auteurs parfois illustres se soient souvent contentés de comparaisons aventurées ou d'explications purement verbales, évoquant le souvenir de la «vertu dormitive » de l'opium : c’est en effet tomber dans ce travers que d'interpréter un phénomène par un autre tout aussi énigmatique.

(4) Nous nous bornerons ici aux plus connues de ces théories. Nous renverrons pour les autres à notre ouvrage : Les Théories modernes du Soleil, 1910 (Paris, 0. Doin).

Sans remonter jusqu'aux Anciens, nous passerons donc rapidement sur les travaux de Sir W. Herschel, auteur de tant de belles découvertes et qui n’en pensait pas moins que, sous la photosphère incandescente, le noyau solaire, relativement froid, pouvait être habité (1). À cèté de ces rêves, figuraient

des suggestions fort acceptables que nous retrouverons dans

la suite : un certain « gaz empyréen », plus léger que tous les autres et qui entretient la radiation solaire, ressemble singulièrement à ce que, sans en faire il est vrai un gaz, nous appelons le rayonnement.

Le fils du grand Herschel, Sir John, reprit ces spéculations en les développant. Nous laisserons de côté une série de comparaisons, inquiétantes dans leur précision, entre la Météorologie solaire et la Météorologie terrestre, déjà bien assez mystérieuse. Mais il faut retenir l'explication que donne Sir J, Herschel de l'accélération de Carrington, due selon lui à des chutes de météores dans Le Soleil (2). On a objecté l’augmentation qui s’ensuivrait. dans la masse solaire et partant dans les moyens mouvements planétaires ; ces effets resteraient insignifiants, tant qu'il ne s'agirait pas d'interpréter par la force vive des météores l'entretien du rayonnement solaire tout entier et l’idée conserve encore aujourd’hui des partisans convaincus.

2. Opinion pu P. Seccni. — Le P. Secchi a passé toute sa vie à étudier le Soleil : il a condensé les résultats de ses travaux en divers endroits de ses ouvrages et nous allons résumer ici ces essais d'explication, qui dépassent de peu les faits observés, mais auxquels la grande expérience de leur auteur donne une valeur incontestable (3).

La photosphère est, pour Secchi, une véritable couche de flammes dont les grains de riz ne sont que les extrémités.

(1) Philosophical Transactions, t. 85, 1795, p. 68.

(2) Quarterly Journal of Science, 1. L 4864, p. 233. — C. A. Youxe, dont l'autorité n'est pas douteuse, attachait un grand prix à cette idée, sans en méconnaîitre toutefois les difficultés (Le Soleil, déjà cité, p. 120).

(3) A. Seccnr, Le Soleil, 1877, {. IT, p. 282 (Paris, Gauthier-Villars). — Voir aussi S. Newcoms, Popular Astronomy, 1878, p. 265 (Londres, Macmillan) : on trouvera là un excellent résumé des idées de Srccur (rédigé par lui-même).

Elle est le siège d’éruptions continuelles provenant de réactions chimiques ou de combinaisons dégageant de la chaleur. Les protubérances ne sont que les manifestations de cette activité explosive dont les produits vont parfois jusqu'à se perdre dans l’espace interplanétaire. Au-dessus de la photosphère, se trouve l’atmosphère solaire avec la couche renversante et la chromosphère, puis la Couronne, cette dernière étant formée à la fois de particules solides ou liquides et d’un gaz, le Coronium, plus léger que l'Hydrogène et s'étendant sans doute aussiloin que la Lumière Zodiacale.

Tout cela ne soulève guère d’objections, surtout quand on s'abstient de préciser. La théorie des taches est plus originale. Dans les régions qu’elles occupent se font jour de fréquentes éruptions de vapeurs métalliques lourdes : ce sont les protubérances éruptives, auxquelles Secchi attribue la formation des taches. Les gaz expulsés se refroidissent en s'élevant, par détente, et perdent de ce chef une grande partie de leur éclat, ils retombent ensuite sur la photosphère et y provoquent, par leur seul poids, des cavités ainsi remplies de vapeurs peu lumineuses et absorbantes : le noyau de la tache est alors constitué. — Cette théorie explique la plupart des faits constatés, sans en excepter la simultanéité des éruptions de la surface et des taches au cours de la période de 11 ans. Mais on cherche en vain les raisons de la persistance des taches au même endroit pendant plusieurs révolutions solaires. La cause déterminante des éruptions n’est pas moins énigmatique.

Le grand éclat des facules serait simplement dû à ce que la surface photosphérique s'y trouve soulevée au-dessus de la couche renversante (épaisse de 1” à 2” tout au plus) : les régions soulevées échappent ainsi à l'absorption, ce qui les fait paraître plus brillantes. — Quant à la distribution des taches et des facules en deux zones privilégiées, Secchi l’attribue à des phénomènes intérieurs, inaccessibles à l’observation.La loi de rotation de Carrington est pour lui un vestige des conditions initiales de la formation du Soleil et il en est peut-être de même de la loi de Spôürer qui lui parait révéler un mouvement général assez compliqué de la photosphère entière,

3. Taéone DE Faye. — La théorie de Faye a joui longtemps d'un crédit qui dure encore : c'est peut-être la plus répandue concernant le Soleil : ne serait-ce qu'à ce titre, elle mérite d'être exposée. :

Faye (1) considérait le Soleil comme une vaste « machine thermique » : il voulait sans doute dire par là que les principes thermodynamiques doivent y jouer le rôle prépondérant, affirmation qui ne saurait guère être contestée, ces principes étant universels partout où il est question d’énergie. Quel est maintenant le mécanisme de la « machine » ?

L'idée fondamentale de Faye est que le Soleil est le siège de courants convectifs verticaux : la photosphère constitue le lieu des points où viennent se condenser et se combiner les éléments dissociés à l’intérieur de lastre par les très hautes températures qui y règnent. Les grains de riz ne sont que des nuées de poussières solides ou liquides (de chaux, de soude ou de composés quelconques) tout à fait analogues à celles qui donnent aux flammes ordinaires leur spectre continu. Ces amas de particules, sollicités par la gravité, gagnent en tombant les couches inférieures où ils finissent par. retrouver leur température de dissociation et sont remplacés, dans les couches superficielles, par des masses gazeuses ascendantes à l’état libre, qui viennent y subir le même sort en dégageant chaque fois de la chaleur. Le rayonnement calorifique superficiel est donc constamment alimenté, grâce à l'intermédiaire de ces combinaisons, par le réservoir immense de la chaleur centrale.

Mais, tandis que ces échanges de matière se poursuivent

entre les couches profondes et la périphérie, le jeu du principe des aires doit amener un ralentissement de la photosphère et une accélération relative de l'intérieur du Soleil. On voit alors de suite que la rotation ne saurait s'effectuer comme pour un corps solide. Les régions internes ayantune vitesse angulaire plus rapide, Les surfaces de niveau sont des ellipsoïdes de révolution de plus en plus aplatis à mesure

(1) Comptes Rendus de l’Académie des Sciences, t. 60, 1865, p 89. Et

aussi t. 75, 1872, p. 1664.

qu'on s'enfonce au-dessous de la photosphère. Tout se passe en somme comme si les courants verticaux prenaient naissance à la surface d'un ellipsoïde intérieur aplati, concentrique au Soleil et de grand axe peu différent de son diamètre : un calcul grossièrement approché montre alors que les longueurs des trajets verticaux ainsi parcourus varient à peu près comme sin°v (© étant la latitude) et qu’il en est de même du retard qui en résulte par rapport à la rotation générale. Les vitesses angulaires des divers points de la photosphère doivent ainsi obéir à une formule de la forme 4 — bsin?e. C'est précisément celle que Faye avait déduite de l'observation des taches solaires comme représentant la loi de la rotation.

Quant aux taches elles-mêmes, elles ne peuvent provenir d’éruptions de gaz intérieurs : ces gaz sont beaucoup plus chauds — tout le monde lPadmet — que la photosphère et les taches sont au contraire plus froides. Si d’autre part les taches étaient, comme le voulait Secchi, occasionnées par les protubérances métalliques, la relation entre les deux ordres de faits serait plus directe qu’on ne le constate. Aussi Faye, reprenant une idée de Herbert Spencer, préfère-t-il comparer les taches aux trombes terrestres ou aux cyclones. Ce seraient, à la surface du Soleil, des tourbillons locaux. Sur Terre, les cyclones et les trombes sont dus à la rencontre de courants aériens de vitesses différentes : l’origine des tourbillons solaires serait de même nature et Faye croit trouver dans la loi de Carrington sur laccélération équatoriale une cause susceptible de créer, entre zones photosphériques contiguës, des différences de vitesse suffisantes.

Cette conception rend compte de la distribution des taches et aussi de leurs segmentations, comparables à celles des remous de nos rivières. On comprend bien, également, que les courants ascendants de matière plus chaude, rejetés sur le pourtour de la tache, la fassent apparaître environnée de facules, tout en laissant la partie centrale plus sombre. Il est à noter que le sens de circulation des tourbillons doit être opposé dans les deux hémisphères : direct dans hémisphère Nord, inverse dans l'hémisphère Sud, — La découverte,

vers 1910, des champs magnétiques des taches solaires, en y rendant vraisemblables des mouvements giratoires de matière électrisée, a beaucoup contribué à ramener l'attention sur l'interprétation précédente de Faye, étant donné surtout ce fait frappant que les taches des, deux hémisphères sont, en général, de polarités magnétiques opposées (1) (c’est-àdire de sens circulatoires opposés).

Si remarquables qu'ils soient, ces succès partiels de la théorie ne doivent cependant pas faire illusion et nous laisser oublier que, d’après Faye, foutes les taches devraient être cycloniques, ce qui est loin d’être vérifié : c’est à peine si dans un cas sur dix, et encore, on constate au spectrohéliographe de vagues traces de tourbillonnement. De plus, la cause qui devrait justifier le mouvement de giration est beaucoup trop faible pour être efficace : à 20° de latitude, deux points situés à 1” de distance, soit aux deux bords Nord et Sud d’une grande tache, ont une vitesse relative de moins de 7 kilomètres par jour, à peine 8 centimètres par seconde... Et, au surplus, l'aspect déchiqueté de la pénombre et de l’ombre des taches ne laisse pas d’être inquiétant.

En résumé, la théorie solaire de Faye apparaît assez cohérente dans son ensemble; mais elle est bien superficielle et si les interprétations qu’elle fournit, généralement un peu factices, semblent souvent conformes à l'observation, ellesrestent, sur des points très importants, en opposition avec elle.

4. Taéorie DE. n’Oppoizer. — Les courants convectifs de bas en haut jouent un grand rôle dans le fonctionnement de la «machine thermique» de Faye. Egon d’Oppolzer (2) opposa à cette conception une objection qui parait sans réplique. Dans le Soleil, le moindre changement de niveau . éprouvé par une masse gazeuse provoque une variation de température fantastique et inadmissible. [Il est aisé de s'assurer que cette remarque est exacte,

Appelons p, p, T la pression, la densité et la température

(1) Voir p. 280.

(2) Astronomy and Astrophysies, L. XI, 1893, pp. #19 et 736.

absolue d’une masse de gaz, y lé rapport des chaleurs spé-

cifiques et R la constante des gaz. Lorsque la masse passe du niveau h au niveau A+ 4h, on peut admettre que la

détente qui en résulte est un phénomène adiabatique. On a alors les équations : | p —ReT (éq.desgaz) Æ C*, (édgrédestaphéer

On en tire :

CADET ls 07

Mais G étant, à la surface, l'accélération de la pesanteur solaire, on a évidemment :

dp= — Gedh,

d’où SE CRER AT ARGOANES *( d FH AG RE LE et : Et = JS NET ET

Or le second membre de cette équation est une constante énorme. S'il s’agit d'hydrogène, pour un changement de niveau apparent de 1” (soit 720 km. sur le Soleil), 4T atteint 14.000°. Dans la chromosphère, à 8” du bord, là où il y a encore des vapeurs métalliques, la température devrait être ainsi de 100.000° plus basse que sur la photosphère, où elle n'excède certainement pas 10.000°. Il semble donc qu’on arrive ainsi à des absurdités (1). Aussi Oppolzer n’hésitet-il pas à conclure qu'il ne saurait exister dans le Soleil ni éruptions véritables au sens où nous entendons ce mot et où l’entendait Secchi, ni courants verticaux à la manière de Faye. La stabilité de l’astre entier doit au contraire être extrême.

- Quant aux taches, si elles étaient dues à des gaz froids venus de la haute atmosphère solaire, ceux-ci se réchaufferaient bien vite dans leur descente et remonteraient aussitôt:

il faut chercher autre chose. Oppolzer quitte alors le ter-

(1) K. Seuwarzsomip a, par des voies toutes différentes, confirmé ces conclusions (Güttinger Nachrichten, Math.-Phys. Klasse, 1906, p. 41).

rain solide de la Physique et cherche sur Terre des compa-

raisons. Il en trouve une dans les anticyclones, c’est-à-dire .

dans les régions de hautes pressions qui se forment souvent en hiver par ciel nuageux et sont surmontées d’une couche d’air chaud transparent où l’on constate d’ordinaire des courants atmosphériques descendants. Vues d’une autre planète, ces régions apparaitraient donc au milieu des nuages comme autant de taches sombres analogues à celles du Soleil.

Comment maintenant des régions anticycloniques peuventelles prendre naissance sur Le Soleil? Oppolzer se hasarde alors à imaginer des courants chromosphériques issus des

pôles et qui, plus puissants tous Les 11 ans, viendraient s’éta-

ler et mourir dans les régions équatoriales. Çà et là, la lente descente des gaz en mouvement provoquerait un échauffement local, un arrêt de la descente, partant une surpression, une région anticyclonique et enfin une tache.

Tout ce mécanisme explique assez bien les faits et des savants tels que Young l’ont envisagé avec faveur. Mais les courants polaires d’Oppolzer existent-ils réellement et pourquoi varieraient-ils tous les 11 ans ? Problème aussi mystérieux que les taches elles-mêmes!

5. Remarque DE À. Bresrer. — Brester (1) s’élève, non sans raison, avec force contre toute introduction de la Météorologie terrestre en Physique Solaire ; nos vents proviennent de ce que l’échauffement dû aux rayons solaires, précisément, est inégal à l'équateur et aux pôles. Rien de semblable n’existe dans le Soleil où l’immobilité ne peut être que presque complète. Le spectrohéliographe nous révèle du reste des couches stratifiées et les raies de Fraunhofer ne décèlent aucun mouvement de la couche absorbante.

La dissociation doit au surplus, dans le Soleil, être générale. Quand la température s’abaisse pour une raison ou pour une autre, les éléments dissociés se recombinent avec libération de leur chaleur de combinaison ; de même une conden-

(1) A. Bresrer. Essai d'une théorie du Soleil et des étoiles variables, 1888, Delft (Hollande),

UT dt AE un, St dé CR D on.

Et

LIL Xi

sation de vapeurs détermine un dégagement de chaleur de vaporisation. Les apparences de mouvements que nous croyons constater dans le Soleil sont donc, d’après Brester, trompeuses : la matière n’y bouge pas; c’est son état chimi-

que ou physique qui, seul, varie et sur place. Nous n’obser-

vons que des «éruptions de chaleur ».

C’est en partant de là que Brester explique les divers phé-

. nomènes solaires. La photosphère n’est pour lui qu’une mer

de nuages, séparés par des intervalles d’étendue très diverse qui sont les taches et les pores de la surface. Quant au rayonnement, il est inutile, pour l’interpréter, de recourir à des courants verticaux compliqués : la seule radiation des couches internes, se propageant par transparence à travers l’astre entier suffit. C’est d’ailleurs l’explication universellement adoptée aujourd’hui.

Les protubérances seraient iéi dues à des déplacements d’origine électrique d’ions lumineux au sein de la calme atmosphère solaire. Les recherches récentes ont en effet établi que, lorsqu'un gaz incandescent émet la lumière correspon-

dant à son spectre, les centres d'émission lumineux sont très

peu nombreux, beaucoup moins nombreux que les atomes eux-mêmes — sur 10 millions d’atomes, un seul peut-être est lumineux (1) —. Rien ne s'oppose dès lors à ce qu’ils possèdent des vitesses très différentes de celles des autres atomes ou molécules : il n’est pas contradictoire d’observer par suite des effets Doppler considérables au sein d’un gaz dont les molécules sont en repos et en fait des phénomènes de ce genre, très frappants, ont été constatés dans des tubes de Crookes, notamment avec les rayons-canaux.

6. Conczusion. — De toutes ces théories, dont nous n’avons résumé qu’un très petit nombre, que reste-t-il après tout ? IL semble qu’on y voie d’abord la vanité de synthèses qui prétendent embrasser à la fois un trop grand nombre de faits, alors que nous ignorons encore des données capitales. Les

(4) J. J. Hazco, Archives Néerlandaises des Sciences exactes et naturelles, 2 série, t. X, 1905, p. 148. — Voir aussi : H. A. Lorenrz, The Theory of Electrons, 1909 (Leipzig, B. G. Teubner), p. 467,

courants variés qu’on a imaginés paraissent entre autres fort arbitraires : les chances sont pour que la masse solaire tout au moins soit dans un état de repos à peu près complet. De même, les assimilations à la Météorologie terrestre ne peuvent manquer de sembler aujourd’hui bien téméraires : il y a sans doute des points de ressemblance, mais ce n’est guère qu'après coup, quand les détails des phénomènes solaires seront mieux connus, qu’on en appréciera nettement la portée. Il n’est que trop facile de construire a priori des théories, il l’est moins d’en imaginer qui tiennent un compte suffisant de l’observation, sans négliger de parti pris les faits embarrassants.

B. — Théories optiques de Schmidt et de Julius.

1. Hisrorique ET GÉNÉRALITÉS. — Nous allons maintenant parler d'une conception fort ingénieuse qui a été longtemps l’objet de vives discussions et qui, si on l’admettait, révolutionnerait de fond en comble la plupart de nos idées sur le Soleil comme sur presque tous les corps célestes. IL s'agit de la théorie de Schmidt, plus récemment complétée et corrigée par W. H. Julius, qui va jusqu'à contester la réalité même de la plupart des phénomènes solaires.

La théorie de Schmidt est née surtout de l’énigme que soulève la netteté du bord du Soleil. Cette netteté semble exiger que nous ayons affaire à une sphère solide ou liquide : or le Soleil est sûrement gazeux et il devrait nous apparaitre comme une étoile nébuleuse sans contour tranché. L’étude de la réfraction de la lumière à travers une masse gazeuse de densité décroissante a permis à Kummer (1) (1860) de donner des faits une explication simple et séduisante, reprise en 1890 par A. Schmidt (2) et qui n'est, disons-le tout de suite, pas la seule possible. — 11 n’y aurait en somme dans l’apparence solide du Soleil qu'une illusion d’optique due à

(4) Ueber atmosphärische Strablenbrechung, Sitzungsberichte der Berliner Akademie, 1860, p. 405.

(2) Die Strahlenbrechung auf der Sonne, ein geometrisches Beitrag sur Sonnenphysik, 1891 (Stuttgart, J. B. Metzler).

la réfraction et les taches, RU ou facules ne seraient que des jeux de lumière sans valeur objective, tout à fait analogues à ceux que nous montre un manchon Auer lorsqu'on le regarde à travers un globe à facettes. L’intervention de la dispersion anomale, déjà entrevue par V. Wellmann (1) en 1888, vient enfin, en accroissant beaucoup les indices de réfraction en jeu, donner aux phénomènes une amplitude imprévue, qui en aurait longtemps masqué les causes.

2. Tagorie DE Scaminr. — Considérons une masse gazeuse sphérique distribuée en couches concentriques de densités graduellement décroissantes du centre au bord, et un rayon

Fig. 62. Fig. 63.

lumineux se propageant à travers cette masse. Soit r la distance au centre d’un point quelconque du rayon, n l’indice de réfraction absolu en ce point, : l'angle de Ja trajectoire lumineuse et de la normale aux surfaces de niveau. Pour deux couches infiniment voisines 1 et 2, on a (fig. 62), en supposant l'indice constant à l’intérieur de chaque couche

Sin te ni SIDE do SIN do nn Tara SIN 7. Since ur Sin ner STI :

ou rn sin ? — Cr, (1)

Telle est la condition qui doit être satisfaite tout le long d’un même rayon lumineux.

(1) Astronomische Nachrichten, t. 116, 1888, no 2848, p. 241,

Cherchons maintenant le rayon de courbure 2 d'une trajectoire lumineuse. Appelons (fig. 63) r et r L dr les rayons de deux surfaces de niveau consécutives, 2 et : + di les angles d'incidence correspondants, ds l’angle des deux normales, ds V’arc MM, et de l’angle de contingence On aura évidemment :

= = de = i+ di —(i— da) = di + de jte il di du L d’où : ae nr (2) : k d du in À Mais : ds = (3) =. (4)

Quant à di, il suffit pour l’éliminer de différentier logarithiniquement l'équation rn sin? — Cfe ; il vient :

di an dr ER - .{ dn dr ar PO En d’où di=—tgi( +) (5) et, en portant (3) (4) et (5) dans (2) :

{ sin? / dn dr sin ? sin? dn (+R) (6

Nous obtenons ainsi Le rayon de courbure cherché, en : . : dn fonction de ?, de n et de ra

s - À ndr

Pour : — 90°, o—=———. (1)

C'est le rayon de courbure des rayons qui se propagent horizontalement, rayon qui joue dans la théorie un rôle capital.

Ceci posé, quand un rayon lumineux se propage dans un astre gazeux, il y a deux cas à considérer, selon que (rn) va constamment en croissant avec r ou peut décroitre quand r croit.

d(rn | : : , 1°" cas : en > 0.— Dans ce cas, un rayon lumineux émané

d’un point intérieur à la masse gazeuse finit toujours par en sortir.

L’équation (1) suffit en effet à montrer que dans la figure 62 € à. Un rayon parti obliquement a donc tendance à se

rapprocher de la normale et par suite à sortir. Quant aux rayons horizontaux, comme leur rayon de courbure (7) est supérieur à celui de la couche d’où ils émanent (1), ils en arrivent toujours à se propager au dehors.

Les corps célestes où il en est ainsi, c’est-à-dire où la

condition Le > 0 est constamment remplie, sont appelés

par Schmidt corps de la première sorte. La Terre (ou plutôt l'atmosphère terrestre) rentre dans cette catégorie.

d(rn)

2° cas: 2 < 0, au moins pour certaines valeurs de 7.

— Pour ces points-là, on a alors ?, > 2, ; les rayons obliques s’éloignent de la normale et les rayons horizontaux dont le rayon de courbure est inférieur à celui de la couche ne peuvent quitter l’astre : ils replongent au contraire dans ses

profondeurs.

Les corps où, entre deux couches données, on a < 0

sont dits de la deuxième sorte. C’est dans cette de que Schmidt range le Soleil. Jupiter en fait aussi partie très probablement : il est en eflet facile de calculer que, si son atmosphère a la même réfrangibilité que la nôtre, les seuls rayons qui puissent nous parvenir doivent avoir, à leur sortie, une inclinaison de plus de 3°22' sur l'horizontale. Cherchons alors ce qui va se passer dan; le cas du Soleil. : d(rn) dr stamment AE r, celui d’une couche intérieure au sein de

re)

Soient r, le rayon d'une couche extérieure, où soit con-

laquelle

soit toujours négatif et , celui de la couche

7e n) Sete $ 2 critique où —— = 0, c’est-à-dire où » — p. Suivons la mar-

che des rayons en allant de l’observateur O vers le Soleil (fig. 64). La trajectoire lumineuse OA a un rayon de courbure supérieur à 7, ; la lumière qui a suivi la direction AO provient du fond du Ciel situé derrière le Soleil : l'éclat est

d(rn)

+ (1) Puisque Te

d : : ne > 0 entraîne (F élant négatif l'inégalité

dr V<T— n —— où encore 7 ; Cours d'Astronomie, — BosLer-1n11. 14

insignifiant. La trajectoire OB a un rayon de courbure égal à 7, : la lumière qui viendrait de O sur cette trajectoire tournerait indéfiniment autour du Soleil. Enfin la trajectoire OC pénètre dans la couche r,, puisque à va en diminuant de O vers le Soleil; elle s’enfonce en spirale à lintérieur de l’astre et la lumière qui en provient, après avoir suivi ce chemin en sens inverse, est très intense.

Entre les couches telles que r,, à peine lumineuses, et celles telles que 7,, extrêmement brillantes, il y a done une brusque discontinuité : celle-ci se produit pour la couche critique 7, qui constitue précisément le contour apparent du Soleil ou, si l’on préfère, la photosphère.

Nous insisterons peu sur les explications que Schmidt donnait des taches et des facules. Elles devaient, d’après lui, provenir des couches internes ; mais, si cela était, elles resteraient visibles durant plus d’une demi-période, en supposant la période définie par les passages des taches au méridien central : or les observations de Spôürer ont prouvé que la «couche » des taches est à moins de 2” au-dessous de la photosphère. Le fait que la vitesse de rotation du Soleil est la même, qu’on la détermine visuellement (au moyen des taches) ou spectroscopiquement (par Le principe de Doppler), plaide dans le même sens et suffit à ruiner, sur ces points, la thèse de Schmidt.

3. CRITIQUES. — EXPLICATION PROBABLE DE LA NETTETÉ DU BORD SOLAIRE. — l'explication de la photosphère mérite plus d’at-

tention. La théorie qui précède est sans aucun doute mathématiquement exacte : Le tout est de savoir si elle s’applique au Soleil. Elle suppose en tout cas: les gaz parfaitement

. transparents et ne tient aucun compte de l'absorption : or,

dans le Soleil, les effets d'absorption sont prépondérants, qu’il s'agisse d'absorption sélective (raies de Fraunhofer) ou

d'absorption par diffusion (obscurcissement des bords du

disque), Mais alors, si l’on fait entrer en ligne de compte ces phénomènes, on explique facilement la netteté du bord solaire, et sans avoir recours à la théorie de Schmidt. C'est ce qu'ont montré Sir À. Schuster (1) ) d’abord, puis K. Schwarzschild (2).

La densité et la température croissent très rapidement (3) dans le Soleil à mesure qu’on se rapproche du centre : les recherches théoriques l’ont établi fort clairement. Le pouvoir rayonnant des gaz solaires croit donc avec beaucoup de rapidité lorsqu'on pénètre à Fintérieur. — De plus, la diffusion moléculaire qui assombrit le bord de Pastre joue ici un grand rôle : c’est le phénomène qui, sur la Terre, cause la lumière bleue du Ciel. Lord Rayleigh a donné (voir p. 190), pour calculer l'intensité I de la lumière transmise, en fonction de celle |, de la lumière incidente, la formule :

3NÀt L z étant la longueur du chemin parcouru par la lumière, n l'indice de réfraction du gaz, À la longueur d’onde et N la constante d’Avogadro ou nombre des molécules par unité de volume, soit à 0° et à 760 millimètres (en C. G. S.) 2,78.10". Quand on applique cette formule à une couche d’air normal (n = 1,0003) de 400 kilomètres d'épaisseur pour À = 0,5 u, on trouve que l'absorption par diffusion ne laisse passer que 1/830° de la lumière incidente. Or, à 1” seulement en dessous

I=Letiavec À —

(4) Astrophysical Journal, t. XXI, 1905, p. 1. — Voir aussi: C. G. ABBor, The Sun, Londres et New-York, 1912 (D. Applelon).

(2) Sitsungsberichte der Küniglichen Preussischen Akademie der Wissenschaften, t. XLVII, 1914, p. 1183. — Voir aussi : Güttinger Nachrichten, Math.-Phys. Klasse, 1906, p. 41.

(3) Voir par exemple le calcul d'E. d'Orrozzer, p. 203,

du bord solaire, la corde représentant notre ligne de visée a 65.000 kilomètres de longueur : on peut donc affirmer qu’à cette distance minime du bord nos regards ne sauraient traverser la masse gazeuse de l’astre. Le Soleil doit donc avoir, l'absorption sélective aidant, V'aspect d’une sphère solide, opaque, incandescente, délimitée par une couche de passage très inférieure à 1”. Mais nous savons que le diamètre solaire n’est-guère déterminé qu'à 1” près : on voit combien la théorie de Schmidt est ici supertflue (1).

4. LA DISPERSION ANOMALE. — Schmidt était fort embarrassé par la Chromosphère : il était forcé d'admettre pour l’interpréter une stratification de la matière du Soleil peu conforme

LEA RS ne A EE ne

à ses hypothèses initiales. W. H. Julius a réussi à éviter l’objection en faisant intervenir la dispersion anomale.

On sait en quoi consiste ce phénomène. L'indice de réfraction décroit d’ordinaire régulièrement avec la longueur d'onde : il est en général d’autant plus petit qu'il s’agit de radiations plus voisines du rouge. Mais dans le voisinage immédiat d’une raie d'absorption (ou d’une bande) il n’en est pas ainsi : on constate un brusque passage par l'infini, ayant l'allure familière aux mathématiciens (fig. 65).

Le fait peut se mettre facilement en évidence en employant le dispositif des prismes croisés de Kundt. A l’aide d’un spec-

(1; W. H. Juzius en est cependant, après l’avoir modifiée, resté partisan (Archives Néerlandaises des sciences exactes et naturelles, série LITA, t, IV, 1917;p. 27).

troscope ordinaire, on produit un spectre continu horizontal ; on reçoit ce spectre sur un prisme de la vapeur à étudier, à arête également horizontale : chaque radiation subit alors une déviation verticale correspondant à son indice de réfraction dans le gaz considéré. C’est ainsi que H. Becquerel (1) a pu obtenir la figure ci-contre

(fig. 66), représentant les indices de réfraction de la vapeur ‘de Sodium au voisinage des raies D, en fonction de la longueur d'onde. L'ordre de grandeur de l’anomalie est le suivant : très en dehors des raies D, l'indice de la vapeur est extrè-

mement voisin de 1; à 1,5 À " Fig. 66.

de l’une des raies, du côté du rouge, n — 1,0010 et du côté du violet, n — 0,9988.

La théorie montre qu'il s'agit là d’une particularité liée à l'absorption, si étroitement même qu'elle avait pu être prévue avant que Le Roux l’eût découverte par l’expérience. L’Optique mathématique (2) donne en effet comme valeur. de l'indice, au voisinage d’une raie d’absorption de longueur d’onde X,, une expression de la forme : 1 Le. Quand X atteint et dépasse la valeur Xn, il est donc naturel que #°? éprouve une brusque discontinuité.

Le phénomène est donc très général. Mais c'est seulement au voisinage des fortes raies d'absorption qu'il est sensible et encore pas toujours avec la même netteté. Jusqu'à quel point s'applique-t-il aux vapeurs solaires (3) ? C’est là une question que l’on ne peut tenter d’élucider que par des

(1) Comptes Rendus de l’Académie des Sciences, t. 127, 1898, p. 899 et t. 128, 1899, p. 145.

(2) Voir par exemple O. D. Cawozson : Traité de Physique, trad. E. Davaux, t. Il. p. 250 (Paris, Hermann).

(3) W. H. Juuius : Physikalische Zeitschrift, t. XI. 1910, p. 56 ; t. XII, 19414, p. 329. — Astrophysical Journal, t. XXXI, 1910, p. 419. — Le Radium, t. VII, octobre 1910.

recherches de laboratoire (1). Toutefois la pression, la température et les circonstances de production influent beaucoup sur l'absorption comme sur la dispersion anomale : aussi insisterons-nous peu sur ces expériences dont les conclusions sont encore loin d’être décisives.

5. INTERPRÉTATION DE LA CHROMOSPHÈRE (2). — Quoi qu'il en soit et indépendamment même de la théorie de Schmidt, il y a certainement, au-dessus de la photosphère (ou, si l’on veut, de la « couche critique »), des vapeurs dont la densité va en diminuant vers le haut. Ces vapeurs sont, au voisinage de leurs raies caractéristiques, sujettes à la dispersion anomale. L'’observateur situé dans la direction 0 (fig. 67) doit

dans ce cas recevoir, lorsqu'il regarde le bord solaire A, la lumière de points de la photosphère tels que B: les vapeurs qui surmontent À ont en effet, près des raies d'absorption et du côté du rouge, de forts indices de réfraction ; on doit alors apercevoir au spectroscope des pseudo-raies brillantes « chromosphériques ou protubérantielles » qui n’ont aucune réalité : ce n’est que la photosphère elle-même que l’on voit ainsi, grâce à une déviation particulière des rayons lumineux.

Si maintenant la densité des vapeurs situées au-dessus de A vient à changer sur place, l'observateur s’imagine constater des vitesses radiales aussi capricieuses que fantastiques, là où il n’y a que des anomalies variables de la densité et il attribue ces vitesses à de prétendues éruptions d'Hydrogène, de Calcium ou d’autres gaz, alors que tous ces corps sont, d'après Julius, intimement mélangés dans le Soleil.

Il est certain que l’on rend compte par là d'apparences

(1) W. H. Juuivs et B. J. van per PLaars : Zeitschrift für wissenschaftliche Photographie, Photophysik und Photochemte, t. X, 1911, p. 62.

(2) W. H. Juuus, Archives Néerlandaises des Sciences exactes et naturelles, série I, t, IV, 1901, p. 455 ett. XV, 1910, p. 474;

nn

bizarres et en particulier de ce fait inquiétant que les vitesses radiales ou les formes des protubérances ne sont pas toujours Les mêmes selon qu'on s'adresse à telle ou telle raie d'un même élément, Malheureusement, même si les discordances en question ne pouvaient s'expliquer autrement, il y aurait à tout cela de graves objections (1).

En premier lieu les raies de la chromosphère et des protubérances devraient, dans l'interprétation de Julius, avoir toujours l'aspect de la figure 68, c’est-à-dire paraitre déplacées vers le rouge, seul côté où l'indice de réfraction anomal soit supérieur à 1. Or Les raies chromosphériques sont au contraire (2), le plus souvent, en fer de lance ; il faudrait alors admettre, pour expliquer une | moitié de la raie, des densités décroissant vers le haut et, pour l’autre moitié, des densités allant en augmentant de bas en haut; cette dernière circonstance est déjà à elle seule bien peu vraisemblable ; que dire s’il faut faire en même temps, presque au même endroit du Soleil, Fhypothèse opposée!

Mais de plus les protubérances n’ont pas que des mouvements radiaux ; elles ont aussi, normalement au rayon visuel, des vitesses transversales du même ordre de grandeur et qui cadrent avec celles données par le spectroscope. Le seul aspect du phénomène semble attester sa réalité et l'on comprend sans peine, lorsqu'on en a été témoin, que la plupart des observateurs du Soleil hésitent tant à regarder des éruptions si visiblement objectives comme de vaines illusions.

Diverses tentatives ont été faites pour expliquer par la dispersion anomale les taches(3), les facules, la période undécennale, certaines particularités du spectre-éclair et bien

(4) FT. HarTMANN, Aséronomische Nachrichten, L. 175, 1907, nos 4197- 4198, p. 341 (Critique d'ensemble des théories de Julius).

(2) G. E. Haze et W. S. Apams, Astrophysical Journal, t. XXX, 1909, p. 230 - (3) W. H. Juuus, Archives néerlandaises, etc., série IF, t. XV, 1940, pro,

d'autres choses encore. L'exposé de ces spéculations (1), souvent abandonnées depuis par leurs auteurs, nous entraïinerait trop loin.

6. APPARENCE ESTOMPÉE DES RAIES DE FRAUNHOFER. — BANDES DE DISPERSION. — [1 y a pourtant un cas où la dispersion anomale a de grandes chances d'intervenir : c'est à propos du coefficient de la diffusion moléculaire (2). Nous avons vu tout à l'heure ($3) que ce coefficient À est proportionnel à (n — 1), n étant l'indice de réfraction. Or, pour les radiations voisines d’une raie d'absorption, (n — 1) devient très grand: l'absorption par diffusion devient énorme et la lumière de ces radiations, bien qu’elle ait échappé à l’absorption sélective proprement dite, se diffuse dans l’atmosphère du Soleil sans nous parvenir. On s'explique ainsi pourquoi les raies de Fraunhofer sont souvent si larges et estompées sur les bords : leur partie centrale seule résulterait de la loi de Kirchhoff ; leurs bords dégradés ne seraient que des « bandes de dispersion » engendrées par la dispersion anomale et ce dernier phénomène, toujours assez capricieux, pourrait rendre compte des dissymétries qu’on leur trouve fréquemment.

Une des plus remarquables de ces dissymétries est le déplacement à peu près général des raies solaires vers le rouge, par rapport aux longueurs d’onde mesurées dans les laboratoires. Ce déplacement, signalé d'abord par M. Jewell, par MM. Perot et Fabry et souvent discuté

depuis (3), est de l’ordre de 0,01 À : il n’est pas le même pour toutes les raies : nul parfois, il peut être aussi de sens opposé. — On expliquait autrefois ces apparences par l'influence de la pression (effet Humphreys-Mohler) et l’on attribuait à la couche renversante des pressions de l'ordre de 5 ou 6 atmosphères, que les travaux plus récents n’ont pas confir-

(1) Voir notre ouvrage sur Les Théories modernes du Soleil, pp. 72 et ss.

(2) W. H. Juuus, Le Radium, t. VIL. octobre 1910. — Et aussi : Archives néerlandaises, etc., série TT A, t. IV, 4947, p. 150.

(3) Cn Fasry et H. Buisson, Comptes Rendus de l’Académie des Sciences, L. 148, 1909, passim.

mées. La dispersion anomale peut évidemment jouer ici un rôle. Un coup d'œil sur la figure-65 montre en effet qu'à des distances égales d’une raie d'absorption, la valeur absolue de (n — 1) est plus grande du côté du rouge que du côté du violet : la diffusion y est donc plus forte et les raies doivent bien paraitre déplacées vers le rouge. Au bord du Soleil, les rayons lumineux ayant traversé une couche de vapeurs plus épaisse, le décalage doit être plus considérable, conformément d'ailleurs à ce que révèle l’observation.

Malheureusement les causes susceptibles d’altérer les longueurs d'onde, causes auxquelles s'ajoute aujourd'hui le déplacement (vers le rouge aussi) exigé par la Théorie d’Einstein, sont nombreuses ; on a de plus découvert, dans les mesures spectrales de laboratoire effectuées sur l'arc électrique, des sources de discordances qui méritent, dans chaque cas particulier, une étude approfondie et qui sont encore l’objet de discussions entre les physiciens (1). L'interprétation de tous ces phénomènes reste donc toujours délicate.

Il y a en somme très certainement, dans les idées soutenues par Julius une part de vérité, mais sûrement pas aussi grande qu’on l'a cru quelquefois et de nouveaux progrès de la Physique Solaire seront nécessaires avant qu'on puisse séparer les uns des autres avec certitude les divers agents susceptibles d'intervenir.

(4) On peut en dire autant de la très faible répulsion apparente entre raies voisines, annoncée par Juuius (Astrophysical Journal, t. XL, 1914, p. 11 et t. XLIIT, 4916, p. 50), confirmée par M.S. Azsrecur (même recueil, t XLI, 1915, p. 333) et jugée un peu plus tard inobservable par M. St Joux (même recueil, t. XLI, 1915, p. 28).