DE L'AURORE ET DU CRÉPUSCULE

moins vives, plus ou moins étendues, selon l'état des vapeurs suspendues dans l'atmosphère. Que deviennent les rayons bleus de la lumière solaire? On suppose qu'ils sont disséminés et se perdent dans l'air.

Lorsque les premières teintes de l'aurore se manifestent, le soleil se trouve encore à 18 degrés sous l'horizon, et déjà il devient visible en vertu des lois de la réfraction ; c'est donc une heure douze minutes avant son lever que l'aurore peut commencer à paraître. Mais quand il est descendu à 18 degrés sous l'horizon occidental, les dernières lueurs du crépuscule ne sont pas encore effacées. Suivant les physiciens, cette plus longue durée du crépuscule provient de l'élévation de l'atmosphère vers le soir. On a voulu déterminer la limite approximative de celle-ci, au moyen de la hauteur du segment coloré et de l'abaissement connu du soleil; elle a été évaluée à 71,000 mètres , environ 18 lieues. Mais Brandes a démontré que ce genre de démonstration était dépourvu d'exactitude.

Les phénomènes crépusculaires sont à peu près inconnus sous les tropiques ; là, le jour naît brusquement, et l'obscurité succède au jour presque ksans transition. Cette remarque a été faite par Bruce dans le Sennaar, où cependant l'air est si transparent, que souvent on distingue en plein jour la planète Vénus. A Cumapa, dit M. de Humboldt, le crépuscule dure à peine quelques minutes, quoique pourtant l'atmosphère ne soit pas moins haute sous les tropiques que dans les autres régions du globe; la théorie même indique une limite plus élevée. Le crépuscule et l'aurore ne devraient donc jamais durer moins d'une

58 DEë FLUIDES IMPONDÉRABLES.

heure. Cette anomalie déjoue les calculs des physiciens. Par opposition à ce qui s'observe sous les tropiques, la durée du crépuscule augmente à mesure qu'on avance vers les contrées voisines des pôles, et le soleil est à 30 degrés sous l'horizon, avant que les dernières lueurs du jour aient disparu. Doit-on attribuer ce phénomène h l'obliquité de la marche diurne du soleil pour les régions voisines des pôles ? On suppose avec plus de vraisemblance que ces météores sont dus principalement aux particules de neige et déglace que le soleil rencontre dans les hautes régions de l'air ; ses rayons, réfléchis déjà par les couches supérieures de l'atmosphère , sont aussi réfractés par ces prismes glacés, et dispersés avec profusion sur un immense horizon.

Dans le langage ordinaire, on entend par scintillation, les jets de lumière et les ondulations intermittentes observés dans la clarté des plus brillantes étoiles. Pour les astronomes, ce phénomène se manifeste non seulement par des changements d'éclat souvent renouvelés, mais encore par une variation continuelle de couleur et une altération considérable dans le diamètre apparent des astres. Les changements instantanés de couleurs sont parfois visibles à l'œil nu. Tycho parlant de l'étoile nouvelle de 1572, la compare à un diamant à facettes que l'action de la lumière fait briller des couleurs les plus variées. Àrcturus et Sirius principalement, disait

Kepler, re vêlent successivement les nuances de l'arcen-ciel

Toutes les étoiles ne scintillent pas; mais les astronomes sont loin d'être d accord dans la désignation de celles qui présentent ce phénomène. Les causes de ces différences sont encore ignorées. Copernic et Tycho attribuent la scintillation au grand éloignement de certaines étoiles ; mais Kepler n'admet pas cette supposition. Mercure et Vénus, les plus voisines des planètes, présentent une scintillation manifeste; Mars scintille aussi quelquefois, ainsi que Jupiter (Koemlz), lorsqu'il se trouve près de l'horizon, tandis que Saturne, planète éloignée, ne scintille jamais. Toutefois M. Arago fait observer que, dans les planèles, ce phénomène n'est point accompagné d'une variation de couleur ; il consiste en un simple changement d'intensité.

La scintillation d'une étoile n'est pas également visible de tous les lieux ; elle change en raison de circonstances encore mal déterminées, ce qui permet toutefois de conclure qu'elle dépend d'un état particulier de l'atmosphère. Musschenbrôek rapporte qu'en Hollande la scintillation est très vive par les temps secs et les fortes gelées ; suivant Koemtz, elle est en général très marquée lorsque des vents violents régnent dans l'atmosphère, et quand le ciel est alternativement serein et couvert. D'au 1res observateurs attribuent la scintillation à l'humidité de l'air. La Condamine avait remarqué que, dans la région du Pérou totalement privée de pluie, elle est moindre que dans nos climats. Suivant Garcin, ce phénomène est à peu près nul sur

le golfe Persique pendant la sécheresse, tandis qu'au Bengale, climat humide, les astres scintillent vivement. D'après M. Biot, la pluie est annoncée plusieurs jours à l'avance par la scintillation; le tremblement des étoiles se trouve alors si marqué, ajoute ce grand physicien, qu'il devient un signal pour les matelots. M. de Humboldt avait également remarqué que la scintillation des étoiles précédait la saison des pluies dans l'Amérique méridionale; mais, d'un autre côté, il rapporte qu'en avril, sur les bords de l'Orénoque, par une atmosphère très humide, la lumière des astres était immobile même à 4 ou 5 degrés de hauteur audessus de l'horizon. Dans le Venezuela, malgré une extrême sécheresse, il a vu des étoiles scintiller jusqu'à 80 degrés de hauteur. Aussi, dans son opinion, ce phénomène se manifesterait-il par suite d'un refroidissement plutôt que sous l'influence de l'humidité; il reconnaîtrait pour cause le mélange de courants ascendants et descendants de différentes températures.

Quoique Hooke regarde la scintillation comme plus soudaine et plus rapide au zénith que dans le voisinage de l'horizon, l'observation journalière démontre le contraire. Ainsi Beauchamp écrivait à Lalande qu'à Bagdad les étoiles ne scintillent plus dès qu'elles sont parvenues à 45 degrés au-dessus de l'horizon; à Gumana même, d'après M. de Humboldt, ce phénomène n'est pas sensible au-dessus de 25 degrés.

Ussher a fait une remarque sur laquelle on ne saurait trop appeler l'attention des savants. Suivant cet observateur, les aurores boréales rendent les étoiles

singulièrement ondulantes dans les télescopes. Nccker de Saussure a tnême prétendu qu'en Ecosse les étoiles ne scintillent pas, à moins qu'il n'y ait une aurore boréale visible.

M. Arago, à qui nous avons emprunté la plupart des matériaux de ce chapitre (voy. Ann. du bureau des longitudes y 1852, p. 363), résume l'opinion des principaux savants sur les causes de la scintillation des étoiles. Àristote l'attribue à la faiblesse de notre vue, qui nous fait paraître les astres en mouvement ; Averrhoès, à l'agitation continuelle des milieux qui, traversés par les rayons lumineux, font tomber les images aux divers points de l'œil; Tycho lui assigne pour cause le mouvement de rotation dont les astres sont animés, mouvement qui amène la dispersion des rayons. Riccioli et Long font dépendre la scintillation de l'interposition subite entre les astres et l'œil de poussières voltigeant dans l'atmosphère ; le célèbre Lalande l'attribue à l'agitation de l'air et de molécules opaques de matière placées au-devant des étoiles ; Huygens, à la mobilité des vapeurs qui environnent la terre. De Saussure pense que la scintillation est due à des alternatives de dilatation et de condensation dans certaines parties de l'atmosphère. Enfin, suivant M. Biot, elle est une sorte de déplacement des étoiles, occasionné par de fréquentes inégalités dans les réfractions que les rayons éprouvent en traversant l'atmosphère. Dans celte hypothèse, les inégalités de réfraction doivent être attribuées à la condensation plus ou moins irrégulière des vapeurs aqueuses suspendues au milieu de l'air, et aux variations locales et

passagères de densité ou de température qui en ré* su lient.

En rapportant ces opinion? diverses, ainsi qu'un grand nombre d'autres que nous passons sous silence, M. Arago fait voir combien elles sont peu fondées. Aucune d'ailleurs n'explique le changement de couleur, qui est l'un des caractères essentiels du phénomène. D'après ce savant, toutes les étoiles devenant colorées dans l'acte de la scintillation, il y a indubitablement quelques uns de leurs rayons qui n'agissent pas alors sur l'œil, soit qu'ils aient été arrêtés au moment de leur pénétration dans l'organe, soit que leur effet ail été détruit avant qu'ils aient atteint la rétine. M. Àrago examine quelle couleur prend la lumière blanche lorsqu'on en sépare quelques uns des rayons constituants. Après celle notion préliminaire; il fournil la théorie de la scintillation en la fondant sur le principe des interférences. Le docteur Young a donné le nom d'interférence à l'action par laquelle delux rayons s'ajoutent ou se détruisent. Il résulte des belles expériences de Fresnel sur les franges produites par la rencontre des rayons réfléchis, que, dans de certaines conditions, la lumière ajoutée à la lumière produil l'obscurité. Deux rayons homogènes, parlant du môme point, s'ajoutent lorsque la différence des chemins parcourus est nulle; ils se détruisent et produisent l'obscurité , lorsqu'ils se rencontrent après avoir parcouru des chemins inégaux. Il suffit, pour obtenir ce dernier résultat, que la différence des roules parcourues soit de 310 millionièmes de millimètre pour les rayons rouges, et de 212 millionièmes

de millimètre pour les violets, etc. La vitesse de la lumière est différente suivant les milieux; ou plutôt les divers rayons, étant diversement réfrangibles, ne mettent pas le même temps à traverser des couches d'air de densité différente ; il ne faut qu'une différence extrêmement minime pour produire soit la destruction de la lumière, soit simplement la destruction d'un seul rayon. La série des densités qui correspondent aux destructions ou aux additions successives des rayons est différente suivant les couleurs : une densité par laquelle les rayons rouges sont anéantis laisse intacts les rayons bleus ; ainsi de suite pour les autres couleurs.

Il résulte du principe des interférences, que les différents rayons, étant inégalement réfractés par les couches successives d'air qu'ils traversent, peuvent être détruits en totalité ou seulement en partie; que par la destruction de certains rayons, la lumière donne naissance à des nuances complémentaires. Il suffit « que les couches atmosphériques affectent convenablement et par intermittence, à raison de leur inégalité de réfringence, un vingtième des rayons qu'embrasse la surface d'une lentille, pour que lepoint focal acquière successivement différentes nuances prismatiques. Or, si l'on songe à la grande longueur du trajet qu'a parcouru la lumière depuis les limites supérieures de l'atmosphère jusqu'à la lentille; à la très petite différence comparative de réfringence qui suffit pour faire passer deux rayons de la période d'accord à celle de destruction; à l'effet des vents amenant sans cesse, pour modérés qu'ils soient, des

couches atmosphériques nouvelles en face de la lentille, on ne s'étonnera pas qu'en observant Sirius, étoile assez basse dans nos latitudes, on ait noté jusqu'à trente changements de couleur par seconde. Il faudra plutôt chercher comment, dans certains climats, le foyer de la lentille reste invariable en intensité et en couleur, si tant est que le fait soit réel. » (Arago, loc. cit.)

On a lieu de s'étonner que les anciens n'aient pas connu et décrit le mirage. Hérodote, dans sa description de l'Egypte, dont il vante les merveilles et la supériorité sur tout autre pays, ne mentionne même pas ce curieux phénomène. Àristote, Pline et Diodore de Sicile n'en parlent pas davantage. Quinte-Curce a-t-il voulu désigner le mirage dans le passage suivant où il est question des déserts de la Sogdiane? « Dans l'espace de 400 stades, on ne rencontre pas même la trace d'un ruisseau. L'ardeur du soleil embrase les sables, et une fois enflammés, ils se répandent au loin comme un incendie sans limite qui dévore tout. Il s'élève ensuite un brouillard, produit par l'excessive chaleur de la terre, qui dérobe la lumière et donne aux campagnes l'aspect d'une mer vaste et profonde (l),o>

(1) Per CCCC stadia ne modteus quidem humor exsistit. Arenas vapor œstivi solis accendit, quœ ubi flagrare cœperunt, haud secus quain continenti incendio cuncta torrentur. Caligo deinde, immodico terrœ fervore excitata , lucem tegit : camporumque non alia quam vasti et profundi œquoris species est. (Quint. Curt., liv. VII.)

Cette dernière figure suffit-elle pour désigner le mirage , lorsque l'historien parle auparavant du brouillard qui s'élève el dérobe la lumière? Nous le croyons d'autant moins que les déserts de la Sogdiane (cette partie du Turkestan comprise entre le Dji-houn et le Si-houn) ne sont nullement regardés comme le théâtre habituel du mirage. C'est bien assurément ce remarquable phénomène que le Koran désigne sous le nom de Serab. « Les actions de Y incrédule, dit le Prophète, sont semblables au serab de la plaine ; celui qui a soif le prend pour de l'eau jusqu'à ce qu'il en approche, el trouve que ce n'est rien. » Toutefois, jusqu'à l'expédition d'Egypte, le mirage était si complètement ignoré des savants, que notre langue n'avait pas de terme pour le désigner. L'illustre Monge, membre de l'Institut d'Egypte, en a le premier fait mention. Le sol de la basse Egypte forme une vaste plaine parfaitement horizontale; sou uniformité n'est interrompue que par de petites éminences, sur lesquelles s'élèvent des villages qui se trouvent ainsi à l'abri des inondations du Nil. Le matin et le soir rien n'est changé dans l'aspect de la contrée. Mais lorsque le soleil a échauffé la surface du sol, celui-ci semble terminé à une certaine distance par une inondation. Les villages paraissent comme des îles au milieu d'un lac immense, et au-dessous de chaque village on en voit l'image renversée. Pour compléter l'illusion, le sol s'efface et la voûte du firmament se réfléchit dans une eau tranquille. On comprend les déceptions cruelles que dut éprouver l'armée française : accablée de fatigue, dévorée par la soif sous un ciel embrasé,

elle croyait toucher à cette grande nappe d'eau transparente dans laquelle se dessine l'ombre des villages et des palmiers ; mais à mesure que Ton approche, les limites de cette inondation apparente s'éloignent; le lac imaginaire qui semblait entourer le village se retire; enfin il disparaît entièrement; et l'illusion se reproduit pour un autre village plus éloigné. Témoins de ce phénomène, les savants attachés à l'expédition n'éprouvèrent pas moins de surprise que le reste de l'armée ; mais à l'instant Monge en découvrit la cause, et en trouva l'explication. Ainsi que ce savant le démontra, le mirage est un effet de la réfraction, une reproduction des images en l'absence d'un réflecteur visible. En effet, lorsqu'un rayon lumineux pénètre d'un milieu plus dense dans un autre qui l'est moins, il s'éloigne de la normale. Mais en traversant des couches d'air successivement plus échauffées à mesure qu'elles approchent du sol, il arrive un moment où le rayon suffisamment incliné ne peut plus se réfracter ; dès lors il se réfléchit, et l'observateur voit deux images: Tune, droite et naturelle, provenant des rayons directs; l'autre, renversée et fantastique, résultant des rayons qui ont éprouvé celte sorte de réflexion. (Voyez les Mémoires de l'Institut d'Egypte.) A peine Monge eut-il fait connaître aux savants les détails de ce merveilleux phénomène, que les observations se multiplièrent à l'infini. Voici en quels termes le capitaine Mundy en rend compte dans son journal d'un voyage dans l'Inde: « Nous dominions, dit ce voyageur, une vallée très basse, au fond de laquelle j'avais >u le malin un ou deux misérables villages,

DU MllUCË. 67

lorsque le soir, essayant de les retrouver, je n'aperçus plus que l'apparence d'un lac magnifique ; la vapeur, qui imitait si parfaitement l'eau, s'élevait presque à moitié des montagnes servant de bornes au vallon, et les arbres et les rochers d'alentour réfléchissaient distinctement leurs images sur la surface brillante. Il n'y avait pas longtemps que je contemplais ce phénomène, lorsqu'un orage subit vint étendre un rideau de nuages sur cette scène magique. » Le calme de l'air est, en effet, indispensable à la production du mirage : celui-ci témoigne, dit Koemtz, d'un état anormal de l'atmosphère ; suivant plusieurs observateurs , il est précurseur de la tempête.

Le mirage ne se présente pas toujours avec les caractères de régularité que nous avons signalés : tantôt la seconde image se montre au-dessus de la véritable ; tantôt on voit les deux images à côté ou en face Tune de l'autre, dans certains cas se confondant, dans d'autres s'éloignant ; tantôt, enfin, les images ne sont pas renversées , et paraissent suspendues dans les plaines de l'air. Nous citerons quelques exemples de mirage horizontal et latéral, pour faire apprécier ces jeux bizarres et capricieux de la réfraction qui s'expliquent tous par des courants ascendants et descendants, ainsi que par l'inégalité de densité et de température des couches d'air. Toutefois il faut s'attendre à de nombreuses anomalies : par exemple, Votlmann a vu les phénomènes de mirage se produire sur l'Elbe, tandis que la surface' de l'eau était à peine de 1 degré (0°,8) plus élevée que la température de l'air.

Le docteur Vince rapporte plusieurs observations

fort curieuses. De Ramsgate, on aperçoit par un beau temps le sommet des quatre plus hautes tours du château de Douvres. Le reste du bâtiment est caché par une colline qui se trouve à douze milles environ de Ramsgate. Le 6 août 1806, le docteur Vince, regardant du côté de Douvres, à sept heures du soir, aperçut non seulement les quatre tours du château, comme à Fordinaire, mais encore le châleau lui-môme dans toutes ses parties jusqu'à sa base. On le voyait aussi distinctement que s'il eût été transporté tout d'une pièce sur la colline du côte de Ramsgate. Le môme observateur, dirigeant un jour son télescope vers la mer, aperçut à l'horizon un vaisseau dont il vit en même temps une image renversée très régulière , disposée verticalement au-dessus de lui, de telle sorte que les sommets des deux mâts étaient en coïncidence. Une autre fois, dans le même mois d'août, il vit dans le champ du télescope deux images d'un vaisseau, dont les mâts seuls étaient au-dessus de l'horizon ; l'image renversée se trouvait au-dessous. Le docteur Vince fut encore témoin de plusieurs phénomènes de mirage non moins curieux : tantôt l'image renversée se relevait avec rapidité, quelques-unes de ses parties se montraient et disparaissaient soudainement ; tantôt, à mesure que le premier vaisseau s'élevait au-dessus de l'horizon, l'image du second s'évanouissait graduellement; enfin les deux images étaient visibles, quoique le vaisseau entier se trouvât sous l'horizon. Le 26 juillet 1798, par une journée très chaude et sans un souffle de vent, Latham et plusieurs marins de Hastings virent distinctement les côtes de France, de-

puis Calais et Boulogne jusqu'à Saint-Valéry, et même au delà : les pêcheurs reconnaissaient les points qu'ils avaient l'habitude de visiter sur la côte de Picardie ; et ces endroits leur paraissaient à une faible distance en mer.

En septembre 1818, Soret et Jurine observèrent sur le lac de Genève un fait remarquable de mirage latéral. Une barque chargée de tonneaux, ayant ses voiles déployées, faisait roule pour Genève. Tandis que les observateurs, placés à une distance d'environ deux lieues, suivaient avec un télescope la marche de celte barque, ils en virent une image latérale très distincte, qui s'avançait comme la barque elle-même ; mais l'une paraissait marcher à droite, tandis que l'autre s'écartait vers la gauche. Il était alors dix heures du matin, et lorsque le soleil éclairait les voiles, cette image pouvait être aperçue à l'œil nu.

Dans les régions polaires, les jeux de la réfraction se présentent sous les apparences les plus capricieuses et les plus extraordinaires : « L'extrême condensation de l'air, en hiver, dit l'amiral Wrangell, et les vapeurs répandues, en été, dans l'atmosphère, donnent une grande puissance à la réfraction dans la mer Glaciale. En pareil cas, les montagnes de glace prennent souvent les formes les plus bizarres : quelquefois même elles semblent détachées de la surface glacée qui leur sert de base, de manière à paraître suspendues en l'air. » Combien de fois l'amiral Wrangell et ses compagnons ne crurent-ils pas apercevoir des montagnes de couleur bleuâtre dont les contours se dessinaient nettement, et entre lesquelles il leur

semblait distinguer des vallées et même des rochers! Mais au moment où ils se félicitaient d'avoir découvert la terre si ardemment souhaitée, la masse bleuâtre, emportée par le vent, s'étendait de côté et d'autre, et finissait par embrasser tout l'horizon. Ils se croyaient alors au milieu d'un grand lac, bordé de tous côtés par des montagnes rocheuses. Le 17 juillet, ils avaient atteint la latitude de 70° 56' 48". La chaleur s'élevait à 20°,5; le soleil, qui n'avait pas quitté l'horizon depuis soixante-douze heures, donnait lieu à un effet d optique remarquable : l'astre changeait continuellement de place, tandis que ses contours se déformaient ; son disque se rétrécissait ou devenait elliptique ; puis on le voyait disparaître sous l'horizon, pour se remontrer aussitôt brillant de tout son éclat. Scoresby, qui a recueilli dans les parages du Groenland tant d'observations intéressantes, fait remarquer aussi que la glace revêt à l'horizon les formes les plus singulières, et paraît même, sur beaucoup de points, suspendue en Tair. Ces exemples de réfraction n'offrent pas, à la vérité, tous les caractères du mirage; mais il en observa plusieurs cas fort remarquables. Quelquefois les navires se présentaient sous les apparences les plus bizarres : les voiles semblaient avoir des dimensions extraordinaires; d'autres fois elles étaient singulièrement rapetissées. Il vit un jour jusqu'à trois images distinctes d'un vaisseau éloigné; elles étaient toutes renversées. Une autre fois il aperçut deux images d'un baleinier; la plus élevée était droite, et l'autre renversée : « Le phénomène le plus curieux, dit Scoresby, fut de voir l'image renversée et

parfaitement nette d'un navire qui se trouvait audessous de notre horizon. Nous avions observé déjà de semblables apparences, mais celle-ci avait pour caractère particulier la netteté de l'image, malgré le grand éloignement du navire. Ses contours étaient si bien marqués, qu'en regardant celte image avec une lunette de Dollond, je distinguais les détails de la voilure et de la carcasse du navire, que je reconnus pour être celui de mon père. En comparant nos livres de loch, nous vîmes alors que nous étions à 55 kilomètres l'un de l'autre, c'est-à-dire à 31 kilomètres de l'horizon réel, et bien au delà des limites de la vue distincte. »

Dans les Savanes ou dans les plaines sablonneuses derAmérique, le mirage paraît différer de celui qu'on voit en Afrique et en Asie, en ce que généralement il a lieu sans renversement. Là aussi les plaines sablonneuses et arides ressemblent à de grands lacs. Sur les bords de l'Orénoque, MM. de Humboldt elBonpland (1) trouvèrent à midi la température du sable au soleil à 53 degrés, tandis qu'à 6 mètres au-dessus du sol, la chaleur de l'air n était que de 40 degrés centigrades. Les monticules de San Juan et d'Ortez, la chaîne appelée le Galera, situés à trois ou quatre lieues de dislance, paraissaient suspendus ; les palmiers isolés dans les Llanos semblaient manquer de pied ; enfin, au milieu des savanes de Caracas, ces savants crurent voir, à une dislance d'environ 2,000 mètres, un troupeau de vaches en l'air. Ils ne remarquèrent point de double

(1) Voyage aux régions p'fitinoxialev, t. Vf,

72 1>KS FLL'IDMS IMPONDÉUABLES.

image. M. de Humboldt observa également un troupeau de bœufs sauvages dont une partie paraissait avoir les jambes au-dessus de la terre, tandis que l'autre reposait sur le sol. L'intervalle aérien était, selon l'éloignement des animaux, de 3 à 4 minutes.

Quoique plus rare dans nos contrées qu'en Orient, le mirage n'y est cependant pas inconnu. Roemtz l'a observé dans les environs de Halle, dans le Magdebourg et sur les bords de la mer Baltique ; MM. Biot et Mathieu, dans la plaine sablonneuse de Dunkerque; MM. Silberman et Moigno, sur la place de la Concorde et sur les trottoirs de l'orangerie du Louvre. Mais, pour 6tre plus facilement témoin du phénomène, on doit approcher la tête de la surface du sol.

M. Pouillet regarde comme un effet de mirage le phénomène, en quelque sorte magique, connu sous le nom de Fata Morgana. « 11 s'observe à Naples , à Reggio et sur les côtes de la Sicile, dit ce physicien; à certains moments, le peuple se porte en foule sur le rivage de la mer, pour jouir de ce singulier spectacle. On voit dans les airs, à de grandes distances, des ruines, des colonnes, des châteaux, des palais et une foule d'objets qui semblent se déplacer, et qui changent d'aspect à chaque instant. Toute celle féerie n'est qu'une représentation de quelques objets terrestres invisibles dans l'état ordinaire de l'atmosphère, et qui deviennent apparents et mobiles quand les rayons de lumière qu'ils envoient se meuvent en lignes courbes dans les couches d'air d'inégales densités. »

Enfin on a attribué au mirage (anthélie de Koemtz)

certains phénomènes que, dans des siècles d'ignorance et de superstition , on n'aurait pas manqué de rapporter à quelque apparition surnaturelle. Dans les trois exemples que nous allons citer, on verra l'image ou l'ombre de l'observateur projetée sur un nuage plus ou moins éloigné. Celui-ci foit alors l'office de miroir, et Ton sait que cet instrument peut, dans certaines circonstances, reproduire les images de la manière la plus grotesque et la plus exagérée.

Le. docteur fiuchan contemplait le lever du soleil du haut d'un rocher, à Test de Brighton. Au moment où le disque solaire commençait à sortir du sein de l'Océan, il aperçut le rocher, sa propre image et celle d'un ami qui l'accompagnait représentés sur la surface des eaux, à l'opposé du lieu qu'ils occupaient. Ce phénomène dura dix minutes environ; lorsque le soleil se fut élevé de tout son diamètre au-dessus de la surface de l'Océan, l'image parut monter dans l'atmosphère, et peu à peu elle s'évanouit.

Bouguer et ia Condamine, étant au sommet du Pambamarca, au Pérou, en novembre 1744, se trouvèrent au milieu d'un nuage qui, en s'éloignant, leur permit de voir le soleil dans tout son éclat. Le nuage n'était pas encore à une distance de (rente pas, dans la direction du couchant, lorsque chaque observateur aperçut son ombre reflétée par lui, sans en voir d'autre que la sienne propre. Le peu de distance permettait de distinguer toutes les parties de l'ombre, les bras, les jambes, la tête ; mais, chose étonnante ! la tête était ornée d'une auréole formée de trois ou quatre petites couronnes concentriques d'une couleur très vive,

cave et rond comme un segment de sphère. Toute surface lisse, disait Àristote, renvoie les rayons qui la frappent; or, quoi de plus uni que l'air et l'eau? On ne peut douter que l'arc-en-ciel ne soit l'image du soleil, reçue dans une nuée humide et concave, ajoutait Sénèque : la preuve, c'est qu'il est toujours opposé au soleil. 11 voyait dans chaque goutte d'eau un miroir complet : «Ces gouttes innombrables et continues dans leur chute, réfléchissant toutes la même couleur, doivent présenter, non pas une foule d'images isolées et distinctes, mais une seule image longue et continue. » Du reste, sans insister davantage sur des opinions nécessairement erronées en certains points, nous ferons remarquer que les anciens tiraient des pronostics météorologiques différents, suivant les points du ciel où apparaît l'arc-en-ciel : « Au midi, il annonce des pluies abondantes : celles-ci n'ont pu, sans une force considérable, résister à la plus grande ardeur du soleil; s'il brille vers l'occident, il faut s'attendre aune douce rosée et à des pluies fines; enfin si c'est du côté de l'orient, on peut se promettre des temps sereins (1). » L'arc-en-ciel est un arc de cercle présentant les couleurs du prisme, et formé par l'action des rayons lumineux sur les gouttes de pluie. On le voit souvent dans la pluie artificielle des cascades; il se forme aussi quelquefois sur les prairies dont l'herbe se trouve pénétrée de vapeurs humides. Le véritable arc-en-ciel est produit par les rayons du soleil -9 les arcs-en-ciel lunaires sont ternes et jaunâtres, on n'y découvre pas

(1) Sénèque, Quest. nat., liv. I.

DE L ÀftC-EH-ClEL. 77

toutes les nuances du prisme. Dans la nuit du 18 au 19 février 1849, M. Faye remarqua dans la cour de l'Observatoire, que la lumière d'un bec de gaz placé à 4 ou 5 mètres en arrière produisait en face de lui , par la porte entr ouverte, un arc-en-ciel blanc, semblable à un halo lunaire, dont la moitié inférieure se projetait sur le sol et les buissons voisins.

Pour voir un arc-en-ciel, il faut que l'observateur soit placé entre le soleil et le nuage de pluie ; son étendue dépend de la hauteur de l'astre, et l'arc est d'autant plus complet que le soleil est plus voisin de l'horizon. Toutefois, s'il se trouvait au zénith, on pourrait, du haut d'un grand mât, voir au-dessous, sur la mer, une circonférence entière. On aperçoit assez souvent deux arcs concentriques. Les nuances de l'arc intérieur sont plus vives que celles de Tare extérieur. Dans le premier, le violet se trouve en dedans et le rouge en dehors ; dans le second, les couleurs sont dans un ordre inverse : le rouge est à l'intérieur, le violet forme le cercle le plus grand. Il résulte de mesures exactes que le centre des arcs passe dans l'ombre projetée par la tète de l'observateur.

C'est à Descartes qu'on doit l'explication de l'arc- enciel. Le premier, il indiqua par le calcul la marche d'un rayon de lumière à travers une goutte d'eau, et reconnut la position des rayons efficaces : c'est le nom que Newton leur donna plus tard; il ignora seulement les diverses réfrangibilités des rayons du prisme. Enfin il vérifia ses calculs par l'expérience directe, en faisant arriver des rayons lumineux dans la chambre obscure, sur une sphère de verre remplie d'eau.

En pénétrant une goutte d'eau, la lumière est à la fois décomposée, réfractée et réfléchie. Chaque gouttelette représente une sphore complète, et détermine le phénomène tout entier. Lorsqu'un faisceau lumineux vient à la frapper, il éprouve au point d'incidence une réflexion et une réfraction ; le rayon réfracté se divise encore en rayon réfléchi et en rayon réfracté : il s'opère ainsi de 4 à 5 réflexions et réfractions qui donnent naissance à des rayons émergents, formant des spectres étalés. Mais quelque rapprochés que soient les rayons, leur incidence sur la sphère liquide étant différente, ils ne restent pas parallèles; les rayons qui divergent sont dispersés dans tous les sens et deviennent invisibles. Toutefois les rayons incidents voisins de celui qui correspond au maximum et au minimum de déviation restent, à leur sortie delà sphère, sensiblement parallèles, et produisent une impression vive sur l'œil de l'observateur. Ce sont les rayons efficaces de Newton.

Les divers rayons qui traversent une sphère liquide suivent une marche différente, et chacun deux produit un rayon efficace distinct : l'indice de réfraction du rayon rouge est 108° 81', son incidence pour une seule réflexion est de 59° 23' 30% sa déviation maximum 42° i'40"; après deux réflexions intérieures, l'incidence estde71*49'55" et la déviation 50*58' 50". Chaque point du soleil donne naissance à un rayon rouge perçu par l'observateur: ainsi le même phénomène, se reproduisant sur tous les points de son disque, laisse apercevoir une bande rouge sous-tendant à l'œil un angle de 30'. L'indice de réfraction du rayon violet est 109°81'; après

de l'arc-in-cîel. 79

une réflexion intérieure on trouve une incidence de 58° 40* et une déviation de 40° 17'; et pour deux réflexions, une incidence de 71% une déviation de 54° 9'. Les incidences et les réflexions des rayons intermédiaires sont comprises entre ces deux limites, et produisent des bandes de môme largeur.

Dans leur chute rapide, les globules de pluie , se succédant sans interruption, peuvent être considérés comme immobiles; ils envoient donc à l'œil, après une seule réflexion, des rayons efficaces violets, et puis successivement les divers rayons du spectre jusqu'au rouge; après deux réflexions, les rayons rouges arrivent d'abord, et en dernier lieu les rayons violets. Nous avons dit plus haut que chaque point du disque solaire produit les sept nuances du prisme; c'est de la superposition de tous ces arcs partiels que résulte Parc-en-ciel. Toutes les couleurs ont pour axe commun la ligne menée par le centre du soleil et l'œil de l'observateur. Le cône violet à l'intérieur forme avec Taxe un angle de 40° 17'; le cône rouge à l'extérieur, un angle de 42° 2' ; par conséquent, la largeur totale de larc-en-ciel occupe une étendue de 1° 45'. La vivacité des bandes colorées est d'autant plus grande que les globules ont un plus grand diamètre. Du reste, avec des cylindres de verre de 18 millimètres de diamètre, éclairés parla lumière soit naturelle, soit artificielle, on est parvenu à produire les franges colorées qui correspondent aux arcs-en-ciel de différents ordres.

Quant aux arcs surnuméraires ou secondaires dont on voit rarement des exemples, ils peuvent se montrer, au nombre de quatre ou cinq, sur les limites inté-

ricures et extérieures de l'arc-en-ciel du premier ordre. Suivant MM. Arago et Babinet, ils sont dus à l'interférence des rayons qui ont éprouvé des déviations égales de part et d'autre du minimum.