CHAPITRE VIH

LES PHÉNOMÈNES ÉLECTROMAGNÉTIQUES DANS LE SOLEIL INFLUENCE DES TACHES SOLAIRES SUR LE MAGNÉTISME TERRESTRE

1. LONISATION DE LA MATIÈRE SOLAIRE. -— Les très hautes températures qui règnent dans le Soleil comme dans les Etoiles — nous venons de voir qu’elles dépassent de beaucoup celles qu'on réalise dans les laboratoires — doivent avoir pour première conséquence de dissocier les molécules chimiques en atomes indépendants. Elles peuvent, non moins sûrement, faire davantage : dissocier les atomes eux-mêmes, les 1oniser par l’expulsion d’un ou plusieurs électrons. Les preuves spectroscopiques de cette ionisation sont nombreuses : nous y reviendrons en détail (1) quand nous nous occuperons des Etoiles. Mais nous pouvons noter dès maintenant que, sans parler de la chaleur ni de phénomènes dont l'intervention est plus douteuse, le principal agent d’ionisation de la matière abonde dans le Soleil : c’est la lumière sous toutes ses formes, particulièrement les rayons ultra-violets et les rayons X qui, dans Les régions centrales, constituent certainement la plus grosse part du rayonnement (2).

En dehors de ce que nous apprend le spectroscope, d’autres faits d'observation plaident dans le même sens, Les énormes vitesses des protubérances semblent plus aisées à expliquer s’il ne faut y voir que des déplacements d'électrons, sans transport de matière proprement dite. L'électricité atmosphérique terrestre, la charge négative que les pluies

(4) Voir p. 539, (2) Voir plus loin p. 548.

finissent par amener au sol et aussi les aurores boréales s’interprètent de même facilement si Le Soleil inonde les hautes couches de l'atmosphère de torrents d'électrons négatifs qui ne peuvent guère provenir que de l'ionisation des éléments solaires.

2. ONDES HERTZIENNES. — L'ionisation des gaz solaires ne fait donc pas de doute. Toute autre est la question de savoir s'il y a, dans le Soleil, des charges localisées tant soit peu importantes. On s'est demandé, dans cet ordre d'idées, si le Soleil nous envoyait des ondes hertziennes analogues à celles de la Télégraphie sans fil. Il émet évidemment des radiations de toutes les longueurs d'onde et il doit en émettre d’hertziennes, mais en quantité infinitésimale : 1l suffit pour s'en rendre compte d'appliquer la formule de Planck au calcul de l'intensité de radiations de 1 mètre de longueur d'onde : elle est négligeable. S'il existe cependant dans le Soleil des charges électriques localisées, il doit s’y produire des décharges ou de véritables orages analogues aux nôtres; qui peuvent donner lieu à des ondes de ce genre autrement abondantes que le ravonnement direct.

M. H. Ebert (1) en 1892 et plus tard M. Ch. Nordmann (2) en 1903 ont fondé là-dessus une théorie fort ingénieuse de la Couronne solaire, théorie que de curieuses expériences de laboratoire sont venues illustrer (3). Aussi M. Nordmann a-t-il cherché à enregistrer aux Grands-Mulets, sur le chemin du Mont-Blanc, les ondes hertziennes solaires. L’expérience n’a pas donné de résultat bien net, de sorte que le problème posé reste en suspens.

3. IRADIATIONS DE COURTES LONGUEURS D'ONDE. — Si les ondes hertziennes du Soleil sont encore discutées, il est du moins certain que l’astre central nous envoie des rayons de très

(1) Astronomy and Astrophysics, t. XIL 1893, p. 804

(2) Annales de l'Observatoire de Nice, t. IX, 1903 et Thèse de Doctorat, Paris, 14903.

(3) Astronomy and Astrophysics, t. XI, 1892, p. 483 (Expériences de M. Puri).

courte longueur d'onde, susceptibles de décharger les corps électrisés ou d’ioniser notre atmosphère. Pour ce qui est des rayons ultra-violets, la chose est connue depuis longtemps. Mais on vient de découvrir que des radiations beaucoup plus courtes encore nous parviennent des astres qui nous entourent et du Soleil sans doute comme des autres.

C'est grâce à la décharge « spontanée », longtemps jugée inexplicable, des corps électrisés à diverses altitudes que ces rayons sont venus à notre connaissance. Une série de travaux inaugurée vers 1903 par un groupe de physiciens anglais, continuée par d’autres depuis, a été reprise sur ce sujet dans ces derniers temps par M. R. A. Millikan (1). On a pu ainsi établir l’existence dans tout l'espace cosmique de rayons « ultra-X », de fréquence au moins 1.000 fois plus grande que celles des rayons X, soit 10.000.000 de fois supérieure à celles de la lumière visible. Ces radiations frappent la Terre, de toutes Les directions de l’espace avec la même intensité, quelle que soit l’heure du jour ou de la nuit : elles ne viennent donc pas uniquement du Soleil, mais probablement de tous les astres. — Elles sont tellement pénétrantes qu'elles ne sont absorbées que par une épaisseur de 2 mètres de plomb, alors que les rayons X les plus « durs » n’en traversent guère plus de 1 centimètre : en rencontrant des molécules matérielles, les rayons de M. Millikan, tout comme les rayons X, en engendrent d’ailleurs d’autres de longueur d'onde plus grande.

I s’agit là, on le voit, de radiations qui ne paraissent pas propres au Soleil seul, mais qui sont presque certainement émises par lui en abondance. Maintenant à quel mystérieux phénomène — intra-afomique probablement — doivent-elles leur existence ? On ne saurait le dire encore; toujours est-il qu'il vient de surgir là, en Physique Céleste, un facteur nouveau dont le rôle peut être très grand.

4. Eerer Ricuarnpson. — Mais revenons plus particulièrement au Soleil. On sait que les corps chauds émettent conti-

(1) Proceedings of the National Academy of Sciences (of Washington), t. 12, 1926, p. 48. — On trouvera là la liste des travaux antérieurs. Cours d’Astronomie. — BosLer-nt. 1

nuellement des myriades d'électrons : c’est ce qu’on appelait jadis « l’effet Edison », d'abord découvert dans les lampes à incandescence et dont les ampoules « Audion », si précieuses en T. S. F., ne sont qu’une brillante application. Ce phénomène (1) a été l’objet de nombreuses expériences de M. O0. W. Richardson qui a étudié à ce point de vue une foule de corps et particulièrement les métaux : il donne lieu à des

courants très intenses dont l'importance croît très vite avec la B

température, suivant une loi de la forme AÿTe T. Le Soleil doit donc être le siège d’une émission analogue tendant à le laisser positivement chargé : la formule qui précède permet de prévoir, à une température de 6.000° abs., une densité électrique superficielle de l’ordre de 500 unités électrostatiques par centimètre carré, ce qui ferait monter la charge totale du Soleil à 10'° coulombs.

La réalité objective de cette charge, qui n'est pas très considérable étant donné les dimensions de l’astre, est loin d'être prouvée : c’est à peine si on en connait le signe car les autres étoiles nous envoient vraisemblablement, elles aussi, des électrons en quantité inconnue, que le Soleil ne peut manquer d'attirer. Ajoutons que la chromosphère, en tant que formée de gaz lumineux, est sans doute très conductrice, partant susceptible d'atténuer beaucoup les effets électriques observables du dehors.

La plupart des astronomes considèrent néanmoins comme très probable la charge positive en question. Le Soleil serait à cet égard l’opposé de la Terre. Nous verrons qu'il possède par contre un champ magnétique de même sens que le champ terrestre, de sorte que les deux ordres de faits, électriques et

magnétiques, auraient sur les deux astres une allure contra-

dictoire, anomalie qui n’a peut-être pas ici autant d’importance qu'elle le parait : les raisonnements fondés sur une prétendue analogie du Soleil avec la Terre n’ont en effet pas de base bien solide.

(1) 0. W. RicHarnsow, The Emission of Electricity from hot bodies, 2e éd. 1921 (Londres, Longmans). — Et aussi : Eucène Brocn, Les Phénomènes thermioniques, 1923 (Paris, Presses Universitaires de France).

dus

Sir À. Schuster et avec lui d'autre savants ont fait remarquer que si le Soleil émettait continuellement, sans compensation extérieure, des corpuscules négatifs, sa charge totale positive finirait par arrêter très vite toute émission ultérieure, sibien qu’on se demande même commentelle pourrait prendre naissance. L’objection est grave : elle n’interdit pourtant pas au Soleil la possibilité d'acquérir une certaine charge définie, mais beaucoup plus modeste que celle indiquée ci-dessus.

* 5. RÔLE DE LA PRESSION MaxweLL-BaRToLr. — S. Arrhénius (1) à en effet réussi, au cours de nombreuses publications, à répondre en partie à la critique de Sir À. Schuster. Les expériences de laboratoire nous apprennent que les particules matérielles chargées négativement, les ions négatifs, condensent les vapeurs plus aa que les ions positifs : les électrons (provenant de l'effet Richardson ou d’autres

causes) doivent donc s’entourer, au voisinage du Soleil, de

groupes d’atomes ou de molécules que la pression Maxwell- Bartoli suffit à repousser en tous sens.

Cette pression (2) est proportionnelle à la surface des corps sur lesquels elle s'exerce, alors que la Gravitation l’est à leur

volume : elle agit par suite d'autant plus que le corps frappé

est plus petit. À la surface du Soleil, les deux forces se font équilibre pour des particules de 1 & environ de diamètre; la répulsion l'emporte pour les corps plus petits, au moins Jusqu'à une certaine limite, car elle atteint sa valeur maximum (3) pour un diamètre égal au tiers de la longueur d’onde incidente.

Les queues des comètes sont presque certainement dues à cette cause et il est vraisemblable que son rôle est grand aux abords du Soleil. L’expulsion, par une force non-électrique, de particules négatives permet done au Soleil de se charger positivement, tant que la pression de radiation l’emporte sur la gravité solaire et sur l'attraction électrostatique

(1) Monthly Notices, t. LXIV, 1904, FRoNee p. 50.

(3) K. ScawarzscmiLp, Sitz NN der nor ur ae LXXXI, 4901, p: 293. : VE

réunies. M. Arrhénius a calculé ainsi que, pour que l’émission négative cessât, il faudrait que la charge positive du Soleil atteignit 2,5.10° coulombs. C'est là le chiffre qu’en l’absence d'indications contraires il lui a paru le plus raisonnable d'’admettre comme charge du Soleil.

Il est vrai qu'une fois cette charge acquise, Le Soleil ne peut plus guère continuer à se charger de la même façon ; les éruptions protubérantielles, dont les vitesses dépassent parfois la vitesse critique (618 km./sec.), lancent bien dans l’espace de nouveaux électrons; mais ceux-ci sont peut-être bientôt remplacés par d’autres venus des étoiles.

G. INTERPRÉTATION DES AURORES BonéaLEs. — Ces considérations peuvent sembler bien spéculatives. L'idée que l’espace cosmique est ainsi peuplé de particules errantes chargées électriquement n’est pourtant pas neuve. La découverte des rayons cathodiques, il y a une quarantaine d’années, a contribué à la faire naïtre et tour à tour Goldstein (1) (1881), À. Paulsen (2) (1894), M. H. Deslandres (3) (1896) et d'autres encore ont fondé sur elle d'ingénieuses interprétations de divers phénomènes célestes. Mais aucun de ces derniers ne pourrait s'expliquer plus clairement de cette façon, au moins dans ses grandes lignes, que les Aurores Polaires (4).

On admet (5) ainsi aujourd’hui que les particules émises par le Soleil viennent frapper, dans les hautes régions de l'atmosphère — entre 100 et 300 kilomètres d'altitude environ, le plus souvent entre 120 et140 — les légers cirrus ‘qui accompagnent presque invariablement les aurores. Les minuscules aiguilles de glace de ces nuages doivent être (tout comme les gouttes de la pluie) chargées négativement, car les ions négatifs condensent plus aisément la vapeur d'eau que

(4) Annalen der Physik (Wiedemanns), t. XII, 1881, p. 266.

(2) Meteorotogische Zeitschrift, À. I, 1894, p. 450.

(3) Zons, Electrons, Corpuscules, Mémoires publiés par la Société Française de Physique, t. 1,.1905, p. 153 (Paris, Gauthier-Villars).

(4) E. Marnias, Traité d'Electricité Atmosphérique et Tellurique, 1924, p. 337 (Paris, Presses Universitaires de France).

(5) P. Vircarn, Le Radium, t. HI, 1906, p. 97.

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les positifs ; elles constituent donc autant de petites cathodes secondaires qui, sous l'action des corpuscules solaires, donnent naissance à d'abondantes émissions locales de rayons cathodiques. Ces rayons s’enroulent alors autour des lignes de force du champ magnétique terrestre (1) (fig. 98) et se manifestent à nous sous les apparences de l’Aurore Boréale.

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