II. — Examen sommaire des principales théories proposées

Parmi les hypothèses présentées pour expliquer la couronne solaire, quelquesunes, basées sur des principes rigoureux et sur l'examen plus ou moins judicieux des faits d'observation, ont particulièrement retenu l'attention des astronomes. Ce sont par ordre de dates : (a) la Théorie météorique; (b) la Théorie éruplive; (c) la Théorie magnétique; (d) la Théorie cathodique, de M. Deslandres; (e) enfin, la Théorie de M. Arrhénius.

Nous allons les passer successivement en revue. Des trois premières nous ne dirons que quelques mots, car 1l a été démontré à diverses reprises qu'elles ne rendent compte qu'imparfaitement des faits d'observations, et qu’elles sont même, comme nous allons voir, fréquemment en contradiction avec eux. Comme l’a fait observer M. Deslandres (*), dans ces théories relativement anciennes, et qui comme telles n’ont pu s'appuyer que sur un nombre restreint d'observations d’éclipses, on a cherché à expliquer les formes observées avec la simple lunette et l’on a négligé les recherches du spectroscope qui ont cependantune importance capitale. Nous ajouterons que, dans ces Théories, on ne paraît pas, comme nous allons le voir, avoir tenu suffisamment compte des variations périodiques, si

(1) En outre de ces variations de la structure et de l'extension des jets, les observateurs ont constamment remarqué que l'éclat de cette partie de la couronne et l’értensité du spectre continu qu'elle donne sont sensiblement moins vifs les années de maxima des taches que les années de minima (vosr notamment, à ce sujet, l'Annuaire du Bureau des Longitudes, 1884, p. 868; Astrophys. Journal, t. XII, p. 96; Yerkes observatory Bulletin, t. XIV ; etc.).

(2) Youxe, Le Soleil, p. 191; SGHNEIDER, Spectralanalyse der Gestirne, p. 205.

(*) Annales du Bureau des Longitudes, t. V, p. C.55.

caractéristiques cependant, des diverses parties de la couronne. Nous ñous étendrons un peu plus longuement sur les théories de M. Deslandres et de M. Arrhénius, qui, plus récentes, ont profité d’un plus grand nombre de faits d'observation, et ont su éviter quelques-unes des objections faites aux hypothèses

antérieures.

(a) Théorie météorique. — Cette théorie, qui explique la couronne par des essaims de météores circulant autour du Soleil et très près de celui-ci, est déjà ancienne. Séduisante en apparence par sa simplicité, elle a été adoptée à un moment par sir Norman Lockyer ('). Elle explique bien l'extension équatoriale des rayons coronaux; mais en revanche elle fléchit sur tous les autres points : 1° elle n’explique pas les jets courbes des latitudes élevées; 2° elle est en contradiction avec les observations spectrales, comme Huggins l’a montré par une discussion approfondie (?); 4° elle implique une très grande vitesse des parties extérieures de la couronne qui doivent participer au mouvement rapide des météores; or, M. Deslandres a démontré que la vitesse de la couronne observée au spectroscope donne un nombre beaucoup plus faible (?) ; 4° enfin, M. Huggins a démontré qu’il est impossible de ne pas considérer la couronne comme un appendice émané directement du Soleil et lui appartenant (*), et ce fait est incontesté aujourd’hui.

(b) Théorie éruptive de Schæœberlé. — Cette théorie, qui explique la couronne par des éruptions de matière lancées de la photosphère, a été développée par M. Schæberlé dans un premier Mémoire (°}) en 1889. Dans ce travail, l’auteur estimait pouvoir expliquer par des éruptions normales à la surface et réparties uniformément dans la latitude moyenne des taches solaires (15°), les rayons courbes des pôles et les divers autres aspects de la couronne. M. Schæberlé crut même pouvoir prédire théoriquement quelle serait la forme de la couronne lors de l’éclipse de 1893 (%). Or l'observation montra une couronne dont la forme n'avait aucun rapport avec celle qui résultait des prévisions de Schæberlé (7). A la suite de cette éclipse, il modifia sa première théorie dans un second Mémoire (*) : les centres d’éruptions seraient distribués irrégulièrement sur la

(1) Locxver, Meteorice Hypothests.

(2) Procecd. of the Royal Society, 1. XXXIX, p. 193. (5) Ge, Co MC DE (CARTON END EE 7 (5) Report of the Lick observatory.

(5) Astronomy and Astrophysies, 1893, p. 7.

(7) Astronomy and Astrophysies, p. 765, et A. De LA BAUME-PLUVINEL, Comptes rendus, t. CXVIT, p. 26-29.

(S) Astronomy and Astrophysies, p. 730.

surface solaire, ou jalonnés par les taches et facules, les vitesses de projection ayant des directions et des grandeurs quelconques, et le mouvement serait alors seulement déterminé par la vitesse initiale et la gravitation. Les rayons courbes de la couronne moyenne seraient alors des ellipses dont le Soleil occupe un des foyers.

Comme divers auteurs l'ont fait remarquer, on peut douter & priori que la photosphère qui est formée de nuages incandescents puisse être le siège d’éruptions analogues aux volcans de la croûte terrestre et capable d'imprimer à la matière une vitesse de projection qui dans cette hypothèse devrait être comme l'a remarqué Newcomb (!} supérieure à 350!" par seconde et devrait demeurer aussi grande jusqu’à une hauteur de plus de 15’ au-dessus du Soleil. Or M. Deslandres, au cours de trois années d'observations spectrales suivies, faites lors du dernier maximum de l'activité solaire, n’a pas relevé une seule fois de vitesses aussi considérables, la plus grande observée par lui ayant été de 1 4okm par seconde et ne s'étant maintenue que 3 minutes. L'observation montre, et tous les observateurs sont d'accord sur ce point, que les varialions de vitesse des protubérances sont rapides et que les grandes vitesses durent peu. Si l'hypothèse de Schœæberlé était exacte, les jets de la couronne devraient done être irréguliers et discontinus. Or, ils sont au contraire sans solution de continuité ; ils peuvent être suivis avec une largeur régulière sur une très grande longueur, et, durant les quelques heures d’une même éclipse, ils ne varient pas sensiblement (?). Les observations spectrales sont donc contraires à l’hypothèse éruptive, comme J’a remarqué M. Deslandres (* ).

Enfin, tout récemment, M. Bredichin, dans une étude approfondie de la courbure des jets coronaux, a montré que les faits ne s’accordent pas avec la théorie mécanique de Schæberlé (*).

Nous ajouterons à cela que cette théorie ne tient aucun compte de la partie gazeuse de la couronie et n’explique pas les variations caractéristiques de cette

partie gazeuse, qui sont, comme nous l'avons vu, exactement l'inverse des variations correspondantes des jets coronaux.

(c) Théorie magnétique de M. Bigelow. — Dans cette hypothèse présentée en 1893, M. Bigelow (°) suppose le Soleil aimanté fortement et dans les mêmes conditions que la Terre, c’est-à-dire avec des pôles magnétiques voisins des pôles de rotation. Nous verrons dans un prochain Chapitre la difficulté qu’il y a à sup-

) Popular Astronomy, p. 260.

) Annales du Bureau des Longitudes, t. V, p. C.6r.

3) Jbid.

+) Bull. de l’'Acad, de Suint-Pétersbourg (5) 9, 179-207. 5) Astronomy and Astrophysics, 1893, p. 97, 707, 821.

poser le Soleil magnétique. Mais à cette hypothèse, M. Bigelow en ajoute une autre qui consiste à supposer que les particules de la couronne sont elles-mêmes douées de propriétés magnétiques analogues à celles de la limaille de fer et qui les feraient s'orienter suivant les lignes de force du Soleil dont M. Bigelow a calculéles directions. Il est certain que cette théorie explique assez bien la courbure de jets coronaux des hautes latitudes; mais elle ne rend pas compte de la forme et de l'extension des jets équatoriaux; et, d'autre part, elle ne tient pas compte de la partie gazeuse de la couronne et de ses variations périodiques. D'ailleurs, avant l’éclipse de 1893, M. Bigelow a prédit théoriquement la forme que flevrait nécessairement avoir la couronne si son hypothèse était exacte. Or, la couronne qui fut observée était entièrement différente (!). Si nous ajoutons à cela que cette théorie repose sur une série d’hypothèses difficilement admissibles, on comprendra qu’elle soit aujourd'hui abandonnée.

(d) Théorie cathodique de M. Deslandres. — L'hypothèse d’un rayonnement cathodique émané du Soleil a été présentée par Goldstein en 1880 (?), et appliquée plus particulièrement par lui aux phénomènes cométaires et à l’étude des perturbations magnétiques. M. Birkeland a plus particulièrement appliqué cette hypothèse à la théorie des aurorés boréales, comme nous le verrons dans un prochain Chapitre. Mais c’est M. Deslandres qui, le premier, semble-t-il, a songé à l’étendre à l'étude de la couronne solaire (*); la théorie cathodique de la couronne a été développée par lui dans un fort intéressant Mémoire paru dans les Annales du Bureau des Longitudes de 1897.

Dans ce Mémoire, M. Deslandres est amené, par diverses considérations, à supposer : 1° que les parties supérieures de la chromosphère sont électrisées négativement par rapport à la surface du Soleil, c’est-à-dire qu'il existe dans l'atmosphère solaire un champ électrique analogue à celui de l'atmosphère terrestre mais de sens inverse (on sait, en effet, que les couches supérieures de notre atmosphère sont positives par rapport au sol); 2° que les diverses parties de la chromosphère émettent des rayons cathodiques à peu près normaux qui iluminent par phosphorescence les poussières cosmiques répandues autour du Soleil; 3° que les plages brillantes de la chromosphère émettent des jets cathodiques plus actifs que ceux des régions voisines, et qui produiraient les rayons droits où courbes de la couronne, les formes courbes étant dues au champ magnétique du Soleil et aux répulsions mutuelles des rayons; 4° enfin, en ce qui concerne la partie gazeuse de la couronne, M. Deslandres admet avec Huggins qu'elle

(!) A. De LA BAUME-PLUVINEL, Comptes rendus, 1. CXVII, p. 26-29. (2) GOLDSTEIN, Æine neue Form electrischer Abstossung, 1880. (?) DESLANDRES, Annales du Bureau des Longitudes, t. V, 1897, p. C.52-74.

est constituée par de petites atmosphères entourant chacune des particules des rayons coronaux, et illuminées par l'induction due à l'écoulement continu d’électricité qui se produirait à travers les parties basses de l'atmosphère solaire par suite du champ électrique intense de celle-ei. (Nous reviendrons plus particulièrement sur cette dernière partie de la théorie de M. Deslandres à la fin de ce Chapitre.)

Il est certain que cette théorie, malgré la série d’hypothèses qu’elle accumule (Cet dont quelques-unes soulèvent, comme nous allons voir, des objections inévitables), explique assez bien pourquoi les jets coronaux doivent être en général visibles sur une plus grande étendue dans les basses latitudes du Soleil que dans les régions polaires; les rayons cathodiques émanés des plages brillantes de la chromosphère, qui correspondent aux facules du disque, doivent être en effet plus intenses à où les facules sont nombreuses, c’est-à-dire dans la zone des taches. Mais un examen plus approfondi montre qu’elle est, semble-t-il, sur des points essentiels, inconciliable avec les faits, et que les hypothèses sur lesquelles elle repose s'accordent difficilement avec les données Îles mieux établies de l'électricité. En effet :

1° D'après cette théorie, les jets cathodiques sont émis avec le plus d’intensité par les plages brillantes de la chromosphère qui correspondent aux facules du disque. D'autre part, il est connu que, lors du maximum des taches solaires, les facules (') sont très nombreuses dans la zone des taches, et beaucoup moins dans les latitudes plus élevées.

Au contraire, lors du minimum des taches (les facules étant d’ailleurs partout moins nombreuses), la répartition des facules sur le disque est sensiblement uniforme. Si la théorie cathodique était exacte, il devrait s’ensuivre nécessairement que lors du maximum des taches la couronne présente des jets équatoriaux beaucoup plus étendus que les banderoles polaires, tandis que lors du maximum l’extension des jets devrait être plus sensiblement uniforme tout autour du disque. Or c’est exactement l'inverse qui a été constamment observé (?), la couronne ayant toujours été trouvée sans extension marquée dans une direction les années de maxima des taches (1870, 1883, 1893 ) et présentant toujours une extension marquée dans les régions équatoriales les années de minima (1867, 1878, 1889, 1895, 1899, 1900) (° ).

2° L’intensité des jets cathodiques devant être beaucoup plus intense, d’après la théorie de M. Deslandres, les années de grande activité solaire (les facules

(:) Ce que nous disons des facules s'applique aussi bien aux plages brillantes de la chromosphère, qui correspondent toujours aux facules du disque et dont la position et les variations sont les mêmes, ( Voir DESLANDRES, loc. cit., p. O.55, 56, 68, 71.)

(2) Voir plus haut, I, & 4°.

(3) Voir DESLANDRES, loc. cit., p. C.31.

étant en effet beaucoup plus nombreuses et vives ces années que les années de minima), il devrait nécessairement s'ensuivre que les jets coronaux soient visibles jusqu'à une bien plus grande distance du Soleil les années de maxima que les années de minima des taches. Or c’est ici encore exactement l'inverse qui & toujours été observe ().

3° Pour expliquer la courbure des jets coronaux, M. Deslandres invoque après M. Bigelow le champ magnétique du Soleil, et la répulsion mutuelle des rayons. Or, d'une part, M. Deslandres a lui-même, dans une autre partie de son Mémoire (?), réfuté la théorie de M. Bigelow à cause des hypothèses difficilement admissibles qu’elle implique et que lui-même reprend en partie (°); et d'autre part, il est établi actuellement, et contrairement à ce qu'on croyait il y à une dizaine d'années, que les rayons cathodiques n’exercent pas de répulsion mutuelle, et que les actions observées tiennent à l'électrisation des diverses

parties du tube cathodique :*

ji

4° Enfin, il semble que la théorie de M. Deslandres contient en elle-même sa réfutation. M. Deslandres est amené, en effet, à admettre, d'accord en cela comme nous allons le voir avec ceux qui ont eu à envisager l'hypothèse d'un champ électrique du Soleil, que le champ électrique de l'atmosphère solaire a le signe inverse de celui du champ terrestre, les couches élevées de l'atmosphère du Soleil étant négatives par rapport à la photosphère sous-jacente (°). Or, les ayons cathodiques qui peuvent être produits, dans ces conditions, dans les parties élevées de la chromosphère, ne peuvent se propager que vers le bas et non vers l'extérieur. Cela résulte évidemment des expériences connues de M. Perrin sur la mesure de la chute de potentiel à la cathode (°): ces expériences ont montré que les rayons cathodiques produits par une chute de potentiel donnée sont complètement arrêtés par un champ antagoniste de valeur égale. Or, il est évident que la différence de potentiel des décharges de l'atmosphère solaire ne peut qu'être inférieure ou, à la limite, égale à la valeur du champ électrique du Soleil, puisque ces décharges sont dues à ce champ lui-même. Il s'ensuit que les rayons cathodiques que peuvent produire ces décharges ne peuvent se propager vers l'extérieur.

Il semble done, en définitive, que, malgré les points de vue nouveaux qu'elle a apportés, la théorie de M. Deslandres est difficilement admissible.

Deux auteurs, en dehors de M. Deslandres, se sont, à notre connaissance,

(*) FPoir plus haut, [, $ 4°.

(2) Foir DESLANDRES, loc. cit., p. C.62.

(5) Poir plus haut, $ (ce).

(+) Foir Vizrarb, Les rayons cathodigques (Rapports du Congrès de Physique, 1900). (5) Annales du Bureau des Longitudes, 1. V, p. G.71.

(S) VizarD, Les rayons cathodiques.

préoceupés du potentiel électrique que peut posséder le Soleil et du signe de son champ électrique ; ce sont M. Werner Siemens en 1883 (!)et M. Arrhénius toutrécemment (?). [ls sont tous deux, et par des votes très différentes (M. W, Siemens par la considération des phénomènes électriques que produisent les flammes, le frottement des gaz contre les particules solides et les phénomènes de dissociation ; et M. Arrhénius, d'autre part, grâce aux données et aux notions plus modernes sur la mobilité et les autres propriétés des ions positifs et négatifs), arrivés à la conclusion, admise d'autre part par M. Deslandres, à savoir : que le potentiel de la surface solaire doit être positif par rapport à celui des parties extérieures, c’est-à-dire que le champ de l’atmosphère solaire a le sens inverse de celui du champ atmosphérique terrestre, et doit s'opposer par suite completement à toute émission vers l'extérieur de rayons cathodiques produits dans le Soleil.

Nous avons dit (et nous y reviendrons au cours de ce travail) que M, Goldstein a proposé d'expliquer divers phénomènes cométaires par une émission cathodique émanée du Soleil, et que M. Birkeland a appliqué cette idée à la théorie des aurores boréales.

On voit dès maintenant, par les considérations qui précèdent, que l’idée même d'une pareille émission constitue, semble-t-il, une hypothèse fort improbable.

(e) Théorie de M. Arrhénius. — Dès 1871, Young avait montré (*) que les rayons coronaux ont de fréquentes similitudes de forme avec les queues de comèétes, et semblent démontrer comme celles-ci l’existence sur le Soleil de forces répulsives capables d'annuler completement, dans certains cas, la pesanteur; Huggins est arrivé à la même conclusion (*) et il a montré que, par le simple examen des photographies de la couronne, on est conduit inévitablement (trresistuibly) à admettre l'existence dans le Soleil de pareilles forces répulsives ; il énonça à ce sujet, 11 y a une vingtaine d'années, diverses idées fort intéressantes sur la constitution de la couronne; nous les examinerons plus particulierement dans la troisième partie de ce Chapitre, à propos des conditions d'équilibre de la partie gazeuse de la couronne.

Or, Maxwell a démontré théoriquement que les ondes lumineuses produisent une pression sur les corps qu'elles frappent. La preuve expérimentale peut être

considérée comme établie par les expériences récentes de M. Lebedeff (°). En

(t) Sitzungsberichte der k. preussischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin, 1883, t. XXVI. (2) Revue générale des Sciences, 1902, p. 69.

(2) YouxG, Americ, Journ. of Science, mai 1871, p. 5. (*) HuGaixs, Barkerian Lecture. (Proceedings of the Royal Society, t. XXXIX, p. 108.)

(5) Rapports du Congrès international de Physique, 1900, et Widemann s Annalen, 1901 (5).

partant de là, M. Arrhénius a institué une fort intéressante théorie des queues cométaires, des aurores boréales et de divers autres phénomènes; nous y reviendrons plus particulièrement dans les prochains Chapitres, consacrés précisément à l'étude de ces phénomènes. Mais, dès maintenant, nous allons examiner brièvement la partie du Mémoire de M. Arrhénius qui concerne plus spécialement la couronne, et qui d’ailleurs n’est qu’une partie secondaire de l’ensemble de son travail.

D’après M. Arrhénius ('), le rayonnement du Soleil repousserait loin de cet astre, avec des vitesses dépendant de leur dimension et de leur densité, les particules solides ou liquides qui se trouvent au-dessus de la photosphère ; la grandeur de la répulsion et le nombre des particules repoussées seraient particulièrement considérables au-dessus de la zone des taches solaires, et, d’autre part, le nombre des particules repoussées et l'intensité de la force répulsive seraient, d’après M. Arrhénius, beaucoup plus grands lors du maximum que lors du minimum des taches, par suite des deux circonstances suivantes, que suppose M. Arrhénius : 1° la présence des taches doit favoriser, par suite des éruptions superficielles, la répulsion des particules; 2° le Soleil doit rayonner plus de chaleur les années de taches que lorsqu'il est à son minimum d’activité.

Les rayons de la couronne seraient produits dans ces conditions; mais dans leur trajet les petites particules se réunissent en d’autres plus grosses, pour lesquelles la pesanteur finit par dépasser la force répulsive et qui retombent alors sur le Soleil, en produisant les formes incurvées des jets coronaux. Telle est l'explication, que propose M. Arrhénius, de la couronne solaire. Nous remarquerons qu'il ne parle pas de la partie gazeuse. Mais, même en ce qui concerne les filaments de particules, l'effet de la pression de radiation, envisagé de cette manière, parait sur plusieurs points difficilement conciliable avec les faits observés.

Et d’abord, est-il réellement probable, comme le pense M. Arrhénius, que la présence de taches sur le Soleil doive correspondre à la suspension, dans son atmosphère, d'un plus grand nombre de particules? Tous les astronomes qui se sont occupés plus particulièrement des taches, Faye (*) et, avec lui, Newcomb, Langley (*), Young (*) et le P. Secchi (*) d’autre part, dont les idées sont sur tant d’autres points différentes de celles de Faye, se sont accordés à reconnaitre que si, comme on l'avait cru un certain temps, les taches étaient produites par des éruptions vers l'extérieur de gaz chauds, le spectre de l'ombre d’une tache

(1) Rev. gén. des Sciences, 1902, p. 65-69.

(2) NounG, Le Soleil, p. 136-133.

(3) NeEwcoMB, Popular Astronomy, p. 281.

(F) Mb, p278.

(5) YouxG, Le Soleil, p. 136.

devait se composer de raies brillantes ; que ce spectre indique au contraire une absorption augmentée et indique par suite, non pas une sortie violente de gaz échauffés à travers la photosphère, mais une descente de matière plus froide et moins lumineuse (‘). Donc, loin de projeter de la matière vers l'extérieur, le courant descendant qui forme la tache doit, au contraire, aspirer vers le bas les particules situées au-dessus ; il est vrai, d'autre part, que les taches sont généralement entourées de facules; mais celles-ci sont moins des éruptions, à proprement parler, que des nuages photosphériques un peu plus élevés que le niveau moyen de la photosphère, et, comme le dit Young (*), « tout se passe comme s’il y avait réellement une sorte d'aspiration vers le centre de la tache, aspiration capable d'attirer dans l’intérieur de la tache toutesles matières éruptives situées dans le voisinage ». Donc, à ce point de vue, la supposition de M. Arrhénius n’est qu’une conjecture, qui n’est pas plus vraisemblable que l'hypothèse exactement inverse, et qui l’est plutôt moins.

En second lieu, M. Arrhénius admet que le Soleil rayonne plus de chaleur lorsqu'il est couvert de taches; or nous avons, dans un Chapitre précédent, fait une étude aussi complète que possible de cette question; nous avons discuté, en particulier, l’unique observation sur laquelle M. Arrhénius appuie son hypothèse et nous sommes arrivé à la conclusion suivante, que démontre l’ensemble des observations : le Soleil rayonne moins de chaleur lors du maximum que lors du minimum des taches.

Enfin, si les hypothèses de M. Arrhénius étaient exactes, il devrait nécessairement s’ensuivre : 1° que les filaments de la couronne situés au-dessus de la zone des taches ont, par rapport aux filaments des rayons solaires, une extension beaucoup plus grande lors du maximum que lors du minimum des taches ; 2° que ces filaments sont beaucoup plus brillants et beaucoup plus étendus lors du maximum que lors du minimum de l’activité solaire. Or, c'est précisément l'inverse, sur tous ces points, qui a été constamment démontré par l’observation. (Voir ci-dessus, I, 4°.)

Répétons d’ailleurs que l’étude de la couronne n’a été faite qu'incidemment par M. Arrhénius, au cours de sa théorie des comètes et des aurores boréales. Nous y reviendrons plus particulièrement à propos de ces phénomènes.

Il est néanmoins un fait indiqué par M. Arrhénius qui parait irréfutable et que nous voulons retenir. C’est que le rayonnement solaire doit, en vertu de Îa pression de radiation Maxwell-Bartoli, exercer une répulsion sur les particules situées au-dessus de la photosphère.

En résumé, si chacune des théories que nous venons d'examiner mérite de

(1) YouxG, Le Soleil, p. 136.

(2) Zbid., p. 140.

fixer l’attention, sitoutes ont, en quelque sorte, fait faire un progrès à la question par les aperçus ingénieux ou les points de vue nouveaux qu’elles ont apportés, il semble qu'aucune d’elles ne constitue une explication pleinement satisfaisante des phénomènes observés. Et il nous a paru qu’en nous aidant de ces aperçus nouveaux, il ne nous serait peut-être pas impossible, grâce aux principes établis dans les premiers Chapitres de ce travail, d'apporter quelques éléments satisfaisants à la solution du problème coronal. C’est ce que nous allons entreprendre de démontrer.