CHAPITRE V

brouillard : alors autour de l'ombre de sa tcte, Tobservateur voit, projetée sur le nuage, une auréole dont la lumière est vive et qui va en diminuant d'intensité jusqu'à une certaine distance. Dans les régions polaires, le pbénomène se présente toutes les fois qu'il y a simultanément du soleil et du brouillard; sur les montagnes, il se produit lorsque l'ombre de l'observateur est projetée sur un nuage. nombre des cercles que l'on aperçoit varie de i à 4 ; ds ont leur centre sur le prolongement de la ligne qui, partant du soleil, passerait par iœil de l'observateur. Les déterminations de Scoresby ont donné pour les ^demi-diamètres de ces cercles :

i^'' cercle, 1° 45'; ' -

cercle, 4° 4^' î • 3"^ cercle, 6" 3o';

enfin le 4^ cercle, qui s'observe rarement, a, d'après plusieurs déterminations , un demi-diamètre moyen de plus de 37°.

Ce dernier cercle porte le nom de cercle (TL'l/oa, ou arc-en-ciel blanc ; les opinions ne sont pas bien fixées à son égard. Quelques pbysiciens pensent que c*est un arc-en-ciel ordinaire accompagnant des couronnes vues par réflexion sur les nuages; mais la valeur moyenne, qui paraît être de 37", est moindre que 4»"» valeur angulaire moyenne du demi-diamètre de l'arc-en-ciel ordinaire; il faudrait donc d'après cela cbercher la cause de sa production dans les effets de diffraction.

M. Babinet a également expliqué, par la diffraction, pourquoi , lorsque le soleil se lève derrière une colline couverte d'arbres et de broussailles, le spectateur, dans l'ombre de la colline et près des rayons solaires qui vont bientôt l'atteindre, voit toutes les petites branches projetées sur le ciel, non pas opaques et noires, mais au contraire blanches et ai'gentées. Ces petites branches jouent le même rôle que les globules de vapeur dans le phénomène des couronnes. (J' oyez l'appendice.)

M. fiabinet rapporte à la même cause les couleurs des

Digitizec, . , v .oogle

45o DIFFRACTION KT l<0tABI8ATIOir.

fils d'ara?gnées, (les fils minces métaly des poussières qui Voltigeut dans une chambre éclairée par on niisceau de raj^oas solairesi etc.

§ 111. — Scùiiillalivn,

Lci scintillation des étoiles a excité de tout temps (a sagacité des physiciens et des astronomes; elle consiste en ce que Tintensité lumineuse de ces astres, de même que lenr couleur , changent à de très-oourtsr intervaffey. Ce phénomène ne se produit pas également dans toutes les parties de fatmosphère : au zénith la scintillation est moins vive que vers Thônzon; elle dépend de l'état de Tat» mosphère , et se manifeste d'autant mieux que celle-ci est plus agitée. Si les grosses planètes ne scintillent pas^ on doit attribner et résnltat à laur diamètre apparent soustendant un anple sensible au fond de l^ceil.

Tous les physiaens qui ont observé la scintillation depuis Hooke, ont admis qu'elle était due au mélange des couches d'air inégalement denses et diversement écliaufTées, mais sans Texpliquor d'une manière satisfaisante. M. Arago Ta rattachée à hi théorie des interférences des rayons lumineux, et eu a donné Texplicalion suivante :

Admettons que hi rétine soit en O et le cristallin en AB (pl. 1, fig. îio); tous les rayons émanés de l'étoile S tombant sur le cristallin AB, viennent se réfracter en () de manièreà produire la sensation de l'image de cette étoile. Les rayons Ty/O, T>/>'0 sont tous des ravons parallèlesj s'ils traversaient des masses d'air d'égale densité et d'égale (épaisseur, le phénomène de la vision serait simple; mais cotnme entre AB et L se trouvent des couches d'air agitées, alors tous les rayons parallèles ou peu inclinés qui arrivent à la rétine, n'ont pas traversé la mt^me épaisseur gazeuse et sont dans le même cas que s'ils avaient une certaine différence de route; d'après la théorie des ondulations , ils doivent interférer, ou du moins une partié d'entre eux doit interfiéi*er. Ainsi, certains rayons dc rouleut* simple, bleus, verts ou

jaunes, pourront rire détruits par suitt' de ces interférences ; alors la couleur de Tétoile, à cet instant, devra paraître jaune, rouge, ou bleue, c'est-à-dire de la couleur coin|)léînentairc des rayons qui seront éteints. Il résulte de là que Tagitation de Tair niriaiit à chaque instant les couches traversées par les rayons lumineux , la nature des ravons détruits variera de la même manièreet la couleur de l'étoile changera à chaque instanL Telle est la cause du phénomène de la scintillation. "

Il y a une remarque importante à faire à ce sujet : lorsque les étoiles scintillent, on peut en distinguer quelques-unes qui ne seraient pas visibles sans cela. £n effet ^ les ii^erfcrences produisent une concordance ou une discordance d'ondulations lumineuses donnant lieu à une intensité alternativement plus forte et pins faible que l'intendité moyenne de l'étoile, en même temps qu*à un changement de couleur^ ' < - ^

S IV. — Polarisation de Calniospiûr€,

On sait que lorsque la lumière naturelle se réfléchit \ la surface oun corps, elle est partiellement polarisée , eC qne la quantité de lumière ainsi polarisée dépend de ran|le d'incidence et de la nature ae la substance. La lumière étant réfléchie par les particules d*air, et cette réflexion donnant lieu à l'ilKimination de Tatmosphère, il en résulte que la lumière émanée d'un point du ciel doit être en partie polarisée.

La polarisation de l'atmosphère a été observée pour la première fois par M. Ârago , en 1 809 , et c est même celte étude qui l'a conduit à la découverte de la polarisation chromatique. Son appareil se composait d'une plaque de cristal de roche et ensuite d'un analyseur en spath d'Islande; le quartz se colorait par la lumicrcî polarisée, et la coloration indiquait le plus ou moins de polarisation de la partie de l'atmosphère sur laquelle il dirigeait Tinstrumcnt.

De tous les polariscopi s ([ue Ton peut emplover pour étudier la polarisation atmosphérique, le plus snnple et

45d DlFFRACnOV KT POLAKISATIOV.

le plus commode est, sans roiilr cdit, celui de Savaii. Il est formé de deux quartz obliques, croises à angles droits» et d'une lame de tourmaline dont Taxe divise eo deux parties égales langle des sections principales des deux quartz. Lorsqu'on examine à Taide de cet appareil la lumière polarisée , ou aperçoit des franges colorées , dont la vivacité plus ou moins grande indique In polarisation plus ou moins intense de la lumière et la dircc* tion du plan de polarisation ; des traces de polarisation sont ainsi rendues sensibles à l'aide de ce précieux instrument. Non-seulement on a employé des polariscopes , mais encore on a fait usage de polarimètres pour mesurer la quantité de lumière polarisée envoyée par les différeiites parties de Fatmospnère; mais cette étude n'ayant pas encore été poussée bien loin , nous n'entrerons ici que dans les détails des résultats obtenus avec les polariscopesy indiquant commeut la polarisation s'effectue dans les différentes parties du ciel, suivant la position du soldl.

Si l'on suppose que le soleil soit peu élevé sur l'iio* rizon vers roccident, et que l'on analyse Fétat de la lumière émise par ratmosphère dans le plan vertical du soleil, on trouve (jue cctlv lumière est d'abord faiblement polarisée dans le voisinage de cet astre ; elle IVst davantage à mesure que Ton s'élève vers le zénilb, et la polarisation est verticale, c'est-à-dire que le plan de polarisation passe par le soleil, le point exploré et l'œil de l'obsci vateur : la réflexion sur les particules d'air est donc ici bien nianiléste; à partir de 90" de la position du soleil, la polarisation diminue, cl Ton arrive vers un point neutre situé du côté de l'oriciit, que la symétries indiquerait devoir se trouver au point anti-solaire, mais qui est réellement plus élevé sur l'horizon. Si l'on continue . à explorer la polarisation de l'atmosphère en dépassant le point neutre'ét s'avançant vers Thorizon oriental , on trotjve alors que la polarisation a change de signe el qu'elle est horizontale. Au soleil levant et au soleil courhaq| le point neutre, au lieu de se trouvei*à i8q° du

CHAPITAK Y. 453

soleîl ou sur l'horizon mémey est élevé de ou 3o**. Ce point a été observé par M. Arago.

On attribue le point neutre et la polarisation bon* zontale près de Pnorizon aox réflexions secondaires qui se manifestent entre les moléeules d'air; par conséquent, la polarisation de la lumière émanée d'un point du ciel peut être considérée comme produite par la réflexion sur ces molécules des rayons directs du soleil et do ceux qui proviennent de toute Tatuiosplière : or, la seconde cause, qui est fort complexe, doiiuant pour résultante une polarisation horizontale, il s'ensuit que les divers eftels (jue nous venons de décrire pcuNcnt se déduire du mélange de rayons lumineux p(jiansés verticaleriieut et horizontalement. A une certaine distance du soleil, la polarisation horizontale est totalement éclipsée par la polarisation verticale due aux rayons émanés directement de cet astre; plus bas, au contraire^ la poiurisation horizontale est prédominante.

Voilà bien les phénomènes qui se passent dans le plan vertical du soleil. Â droite et à gauche on observe des effets analogues et faciles à prévoir: seulement le plan de polarisation est plus ou moins oblique. Nous nous en tiendrons, du reste, pour ne pàs compliquer lexposé des faits, aux pbénomèiies qui se passent dans ce premier plan.

Il est nécessaire, pour que les effets que nous venons de décrire s'observent avec régularité, que l'air soi calme et serein ; car toutes les parties de l'atmosphèret aijriaili^ne influence sur le phénomène, la présence d'un «BÉgé^lÉêoie'ik une très-grande distance, celle de la neige, l'état ifti sol, le voisinage de la mer, peuvent infloer considérablement sur le point neutre et le déplacer; ce point sort même du vertical du soleil quand des nuages occunent un côté de l'atmosphère.

"^ll existe d'autres points dans le vertical du soleil oir la polarisation est nulle; M. Bahinet a trouvé nn de ces points, qui constitue un second point neutre au-dessus du soleil y à peu près à la même hauteur où se trouve

Digitizoa Ly LiOO^le

mpniACTioN xr i*oi:.àRi8ATioir.

le premier dba côté <k Torient, lorsque le soleil est |ir« de rhorizon. Ainsi, lorsqu'on suit 1 eUit de la polarisatiofi atmosphérique par une belle jonriiée, <t que le soleil a dépassé riiorizou, puis s'est couché, alors On voit le |x»int neutre anti-solaire (point Ârago) monter considérahlenent dans Tatmoiplière orienfcaJe, taadis que» d'après JM. BalHnet, l'autre point qui se trouve au-deBsus du aoleil du tiàté occidental , s abaisse seusibieiBtnt^ mais aoins que le premier ne e'étève» .

M. Brewster a observé un troisième poini neutre akiië au-dessous du soleil» da|ia le vertical de cet astre, et à peu près à la même distance du aoleil que le point ' neutre situé au-dessus. Ce point est Irès^tiBcile è observer, et est dû à la même cauee que les autres. Ainsi, en partant du soleil et examinant la région située au-dessous, entre cet astre et l'horizon immédiatement sous le soleil, la polarisation horizontale, très-di(l[i(i le à apprécier, doit exister seule, la polarisation verli<*ale par la position oblique des rayons n'étant pas sensible; à une petite distance, celle-ci devient mainfeste, et enfin acquiert la même valeur (|ue la pi eniière polai isation : de là le point neutre; un peu plus ha^ la polarisation verticale l'emporte. Si donc, pour rendre le phénomène sensible, conmie le remarque M. Babinet, on examine la portion de l'atmosphère située sous le soleil avec le polai^isoc|)ede Savart en mettant les franges verticales, alors on verra du même coup : J ^ lespace voisin du soleil sans polarisation ; a" des bandes faibles mais sensibles, pix»vonant de la polarisa* tion horizontale; 3** une interruption indiquant le point neutre de M. Brewster; puis 4^ des bandes qui atteignent rhorixoo et attestent la polorisation verticale.

Ainsi, enfumé, ces troia points neutres, situés dans le vertical du soleil , sont dus à Tinlluence de deux causes : 1^ à la polarisalion "verticale due aux rayons so*lairos qiit frappent les particules d'air dans ce plan et reviennent à Tcsil; 2^ à la polarisation horimlale qnf est, en chaque point, la résultante de l'illumination pro* d>4ile par |e J^flet to^te l'atmosphèi^. Si ïon se t^pré*