OPTIQUE MÉTÉOROLOGIQUE

L'atmosphère qui enveloppe lu terre et la sépare des espaces planétaires n'a pas une transparence parfaite; interposée entre les astres lumineux et un observateur, elle forme comme un voile qui réfléchit en tout sens la lumière, et donne lieu à un grand nombre de phénomènes optiques remarquables. La teinte bleue du ciel provient en effet de la réflexion des rayons lumineux sur les particules d'air; car, à mesure que l'on s'élève dans l'atmosphère et que la quantité d'air située au-dessus de l'observateur diminue, le ciel se fonce de plus en plus. Celte couleur bleue est du reste modifiée par la préseiuc des vapeurs, des nuages, et des corps étrangers qui sont en suspension dans l'air. C'est encore par suite de la diffusion de la lumière sur les molécules atmosphériques que les diverses régions du globe ne sont pas plongées tout à coup dans les ténèbres , lorsque le soleil quitte l'horizon; de sorte que l'air qui s'opjjose à ce (jue la terre, après le coucher du soleil, soit exposée à un lefroidissoinent considérable pendant la nuit, en rélléchissant les rayons lumineux dans tous les sens, rend visibles les objets c(ui ne sont pas éclairés directement j)ar cet astre. iNous allons succtîSbivement passer en revue les différents météores lumineux que l'on observe dans l'atmosphère (i ).

(i) L'air iiilcrposc entre les astres et nous produit une foule de phénomènes lumineux dont nous allons essayerd'indiqucr lacause. Indèpciidainmont de ces erPels, il est une illusion d'optique dont lions devons dire quelques mots, parce que tout le monde est à même de fobservcr fréquemment et de la vérifier : Lorsque

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SECTION K

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$ I Couleur de Voir.

Les rayons lumineux sont refléchis dans tous les sens par les particules d'air atmosphérique. Si tous les rayons colorés qui composent la lumière solaire se réfléchissaient (le la même manière et avec la même énergie, l'atmosphère nous paraîtrait hlanclie ; mais s'il n'en est pas ainsi, la teinte doit paraître de la couleur des rayons qui sont réfléchis avec plus de force. Le bleu de l'atmosphère tient donc à ce que les rayons bleus sont réfléchis en plus grande abondance que les autres rayons du spectre solaire ; le bleu est donc la cou*» leur par réflexion des particules d'air.

le soleil et la lune soat à leur lever ou k lear coucher, c'est-A* dire lorsqu'ils se trouTeot pr^ de rhoriion, ils paraissent avoir

itnr dimension beaucoup plus grande que lorsiju'ils sont au zénith; il est aisé de se convaincre qu'il n'en est réellement pas ainsi, puisqne, à travers un tube de carton ou un verre noirci, cette illusion disparaît. Cette illusion doitôtre attribuée à la mène cause qui nous fait paraître le ciel comme une voûte surbaissée : en effet , nous apercevons vers l'horizon une succession de corps dont nous jugeons facilement la distance relative, et dont nous sommes habîtiiés h comparer les grandeurs et les positions; nous pensons alors que l'alnjosphère doit s'étendre bien au-delà de ces corps, et que les astres sont situés beaucoup plus loin, tandis

Sue vers le aénitn rien ne se uouve disposé i>our nous permettre e comparer la position et la distance des objets. Il résulte de là que les distancés dans le sens vertical sont beaucoup plus mal appréciées que dans le sens horizontal , et que nous pouvons quelquefois nous tromper beaucoup dans nos évaluations. Comme nous croyons les objets et les astres plus éloignés dans le sens borisontal que dans le sens vertical , quoique nous les voirions toujours réellement sous le même angle visuel « il en résulte qu'ils nous paraissent plus grands dans le premier cas que dans le second; cVst une question de jii^oment et non d'évaluation angulaire, car, vers Thorizon , le diamètre vertical est plutôt diminué par l'efTet de la réfraction qu'au zénith.

Digitizoa by CoOglC

COULBUR DE L AIR.

lorsqu'un corps réfléchit de préférence certaing rayons de lumière blanche, cVst qu'il transmet ou ahsorhe les rayons complémentaires; ainsi les particules d'air qui reçoivent un faisceau de lumière blanche réfléchissent une partie de ce faisceau, mais principalement les rayons bleus, et transmettent ou éteignent les autres. I/optique des gaz n'est pas encore atsrz avancée pour que l'on puisse connaître avec certitude toutes les circonstances d'absorption et de transmission des rayons à travers l'air; niais d'après toute probabilité^ en suivant la marche d'un faisceau de rayons solaii'es qui traverse une masse d'air, ce faisceau doit perdre des rayons bleus par la diffusion sur les particules, d'air, et devrait devenir jaunâtre s'il traversait une couche atmosphérique suffisamment épaisse. D'après cela, l'air, de même que l'eau, comme nous l'avons vu en parlant de la couleur de la mer, doit être classé parmi les substances qui sont d'une couleur différente par réflexion et par transmission.

On pourrait citer les observations suivantes à l'appui de cette manière de voir. En général, même par un temps serein , à mesure que le soleil s'approche de l'horizon, sa teinte tourne au jaune; en outre, l'épaisseur gazeuse que la lumière traverse étant alors beaucoup plus considérable que dans la direction du zénith (environ douze fois et demie), l'action absorbante de l'air se fait sentir avec plus d'intensité, et les yeux d'un observateur peuvent regarder cet astre près de l'horizon, alors qu'ils ne pouvaient supporter sa lumière près du zénith. L'analyse du spectre solaire conduit au même résultat ; si l'on suit la constitution de cette image réfractée à mesure que la hauteur angulaire du soleil change, on voit la partie violette s'effacer peu à peu, et à la fln l'image se compose seulement du rouge, de l'orangé, • du jaune, du vert et d'un peu de bleu. La présence des raies noires du spectre, qui sont beaucoup plus nombreuses dans la partie la plus réfrangible, montre également que les rayons bleus et violets sont les éléments

Digitizec,

CUÀ PITRE V

les plut absorbables lors du passage de la lumière à travers l'atmosphère.

Il faut observer toutefois que les propriétés optiques de la vapeur d'eau donnent plus d'intensité à tes phénomènes, si elles n'en sont pas en grande partie la cause. Les teintes jaunâtres que prennent le soleil et la lune à travers certains nuages ont cette origine, et la couleur rouge foncé du soleil couchant provient de ce que la lumière de cet astre n'arrive vers nous qu*à travers une couche épaisse atmosphérique chargée de vapeur; c'est ce motif (jui a fait considérer la teinte rouge de riiorizon au soleil couchant comme pronostic d'humidité. On voit par là qu'il est impossible, dans l'absorption de la lumière, de distinguer ce qui est relatif à la vapeur et ce qui se rapporte à l'air sec et pur, attendu que l'atmosphère est toujours chargée d'humidité.

• L'atmosphère agit donc par diffusion en nous envoyant dans toutes les directions de préférence des rayons bleus, et par transparence en nous transmettant principalement la partie la moins réfrangible du spectre; d'après cela, la teinte bleue de l'air doit se^ mélanger aux teintes des objets éloignés. On peut se de»mander alors pourquoi certains objets blancs, vus à. quelque distance à la surface de la terre, ne changent pas de couleur, et ne donnent lieu qu'à un affaihlissement d'intensité lumineuse; cela devrait avoir lieu d'autant mieux qu'en supposant l'air h la pression de -76 centimètres, une colonne gazeuse horizontale d'une épaisseur de 7901 mètres, ou à peu près deux lieues, ferait, équilibre à la même pression que celle de la colonne d'air située au-dessus de la tête de Tobservateur; ainsi un objet situé à 10 lieues envoie des rayons qui traversent une couche cinq fois plus épaisse que celle qui est audessus de nous au zénith. La réponse est facile : Un ob- * jet A (pl. 1, fig. 9 ), supposé blanc, n'est rendu visible à un observateur placé en O à la surface de la terre MN, que par suite de la ri'flexion iri'égulière des rayons envoyés par le soleil et par le reste de l'atmosphère; de

4ia COULEUR DE L*AIR.

sorte que O reçoit les rayons diffusés par A, qui arrivent dans la direction AO. Or, ces rayons doivent perdre une partie de leurs éléments bleus, par suite des réflexions sur les particules atmosphériques situées entre A et O'; mais comme toutes ces particules reçoivent aussi de la lumière, étant éclairées de même que A , il en résulte que l'observateur O reçoit en même temps que l'image jaunâtre A, la sensation bleuâtre produite par l'épaisseur atmosphérique AO, et l'objet reste blanc. C'est ainsi que des montagnes éloignées couvertes de neige sont vues blanches.

Lorsque les objets sont colorés , les effets sont différents: s'ils sont rouges ou jaunes, n'ayant pas de rayons bleus, ils ne perdent pas d'éléments dans leur trajet et on doit les voir un peu verdir, par suite de la teinte bleue des particules d'air situées entre ces deux positions. Si A était complètement noir ou n'envoyait pas de lumière, alors on le verrait bleu, parce que les rayons réfléchis irrégulièrement par les particules d'air situées entre A et O arriveraient seuls à l'œil ; les montagnes très-foncées doivent donc tourner au bleuâtre quand on les voit fort loin. Ainsi, dans tous les cas, la teinte de l'air se reflète sur les objets éloignés; il est facile de prévoir ces diverses apparences, d'après les principes de l'optique.

La couleur bleue de l'atmosphère n'est pas aussi foncée vers l'horizon qu'au zénith, puisque dans les couches inférieures il existe beaucoup plus de vapeur, de vésicules de brouillards, qui donnent une teinte blanche à l'azur du ciel. Ou a imaginé plusieurs procédés pour évaluer l'intensité du bleu atmosphérique, et on a construit à cet effet différents cyanomvtres. Celui de Saussure se compose d'une série de 53 rectangles de papier bleu, auxquels on compare la couleur du ciel; les extrêmes sont deux rectangles, l'un bleu de cobalt très-foncé, l'autre blanc; il y a donc 5r nuances intermédiaires. Pour obtenir ces nuances, on prend un grand nombre de bandes de papier coloré et on les compare l'une à l'autre. On part de ce