SUR LES AURORES BORÉALES

Les nombreux matériaux d'observation accumulés au sujet Aurores boréales et qui ont pris surtout un grand caractère de précision grâce aux nombreuses expéditions polaires qui se sont succédé depuis une trentaine d'années, ont fait que, depuis quelques années, l'étude de ces phénomènes est entrée dans cette phase spéciale de toute science expérimentale, où l'esprit éprouve le besoin de coordonner et d'expliquer par une synthèse théorique, en en recherchant la cause première, les résultats de l'observation.

La liaison qui, sur bien des points, rattache les Aurores boréales aux perturbations magnétiques a été la base de toutes les théories proposées qui ont, sans exception, soit rattaché à une même origine commune ces deux catégories de phénomènes, soit considéré les premiers comme la cause productrice des seconds ou inversement.

Mais, avant d'examiner ces diverses théories et d’exposer la contribution personnelle que nous avons voulu leur apporter, nous allons sommairement récapituler les faits principaux résultant de l’observation, en laissant de côté tous ceux qui n’ont pas un caractère de certitude absolue et dont l'existence ou la nature exacte sont encore douteuses (tels sont par exemple les faits relatifs à une prétendue odeur ou au bruit des Aurores borcales). Nous nous bornerons d’ailleurs à un exposé très succinct, en renvoyant pour plus de détails, et quand ce sera nécessaire, aux Mémoires originaux des observateurs.

a. Formes des Aurores boréales. — Parmi les formes innombrables et variées qu'affectent les Aurores boréales, on à depuis longtemps distingué certains types de structure auxquels peuvent se ramener toutes les apparences observées ; ce sont :

1° Les Bandes, phénomènes irréguliers très variables dans leur forme, laissant l'impression d’une bande allant à la dérive dans l'atmosphère, en général plus longue que large et souvent recourbée en plis et en draperies; ces bandes, qui peuvent s'étendre dans n'importe quelle direction, paraissent formées de rayons

pressés Les uns contre les autres, dont les intervalles sont remplis de matière lumineuse. Dans ces bandes, les rayons distinets sont développés parallèlement aux lignes de force magnétique, et le plus souvent dans le sens du zénith, de telle sorte que l’extrémité inférieure des bandes est assez bien délimitée, tandis que l'extrémité supérieure est moins nette et se fond peu à peu dans le ciel;

2° Les Arcs, phénomènes en relation intime avec les bandes, affectant à peu près la forme de l’arc-en-ciel, dont les mouvements varient rapidement et d’où s'élancent, comme dans les bandes, des rayons qui leur donnent comme aux bandes une apparence bien délimitée vers le bas et estompée en haut;

3° Les Rayons isolés les uns des autres, plus ou moins rapprochés et qui, orientés dans la direction du zénith magnétique, paraissent converger vers celui-ci et forment quelquefois autour de lui une sorte de gloire où couronne;

4° Enfin, des Lueurs assez nettes, de formes plus ou moins bien définies et qui, fréquemment, offrent l'apparence de nuages.

Ces différentes formes coexistent fréquemment dans une même Aurore boréale et sont animées, en général, de mouvements et de variations d’éclat plus ou moins rapides ().

b. Extension des Aurores boréales. — Ellé est extrêmement variable ; dans les hautes latitudes, elles sont des phénomènes purement locaux et qui ne sont aperçus que dans un faible rayon; les diverses expéditions polaires qui, à plusieurs reprises, ont séjourné simultanément dans les régions arctiques, à peu de distance les unes des autres, n’ont constaté, en effet, que rarement des coincidences dans leurs observations d’Aurores boréales (‘}); d’autre part, les mesures qu’on a faites de la hauteur des Aurores ont fréquemment démontré qu'elles avaient un caractère absolument local, comme nous le verrons.

Au contraire, on peut citer, et surtout aux latitudes plus basses, des Aurores qui furent visibles simultanément sur une immense étendue; telles furent les Aurores qui, au début de septembre 1859 (et précisément pendant que se développait la grande tache solaire où Carrington et Hodgson observèrent le phénomène relaté au Chapitre précédent), furent aperçues à la fois dans toute l'Europe et l'Amérique du Nord, sur l'Atlantique, en Afrique et jusqu’à Cuba; telles furent également quelques-unes des Aurores quise manifestèrent vers le maximum des taches solaires de 1871 et pendant celui de 1892 (?). Ce qu’il y a de plus remarquable dans ces grandes Aurores, c’est qu'elles se produisent souvent simultanément dans les deux hémisphères : ainsi, il résulte des observations (*)

(1) Poir, pour plus de détails, notamment : AnGor, Les Aurores polaires ; Lemsrrôm, L’Aurore

boréale, etc... passim.

(2) Voir les observations relatées dans Astronomy and Astrophysies, 1892.

(5) AnGor, loc. cit., p. 85, et LEMSTRM, loc. cit., p. 31. N. 15

que, par exemple, l’Aurore du 4 février 1872 fut observée simultanément dans la plus grande partie de l'hémisphère nord et de l'hémisphère sud, les régions de visibilité n’étant séparées que par une zone comprenant, de part et d’autre de l’équateur, une vingtaine de degrés de latitude.

Enfin, la série des observations d’Aurores faites à Hobarton (Tasmanie) a démontré qu'il ne s’est jamais produit dans l’hémisphère sud une grande Aurore, sans qu’elle soit accompagnée dans l'hémisphère nord d’une autre grande Aurore.

Cette extension considérable de certaines Aurores, qui paraissent ainsi recouvrir presque toute la surface du globe, contraste remarquablement avec l'étendue restreinte des Aurores ordinaires (beaucoup plus nombreuses d’ailleurs) des

régions voisines du pôle.

c. Fréquence des Aurores boréales. — A mesure qu’on s’éloigne de l'équateur vers les pôles, la fréquence des Aurores, c’est-à-dire le nombre moyen de celles qu'on observe annuellement, croit rapidement. Tous les catalogues d’Aurores boréales ont démontré ce fait auquel M. Hermann Fritz, dans le travail le plus complet qui ait été publié sur la question (") (et qui embrasse toutes les Aurores observées de 1700 à 1872), a donné une forme précise.

M. Fritz a étudié la répartition géographique des Aurores en pointant sur une Carte les nombres qui, pour chaque pays, représentent la fréquence moyenne et, réunissant ces points par des lignes, il a obtenu des courbes d’égale fréquence, qui sont grossièrement circulaires et concentriques, et dont le centre se trouve entre le pôle magnétique et le pôle de rotation de la Terre. La fréquence moyenne, qui n'est que o,1 par an Île long de la ligne qui passe par l'Algérie, est à Paris un peu inférieure à 4 et un peu supérieure à Berlin; elle est de 6 à Londres, de 9 à Saint-Pétersbourg, de 10 à Liverpool et Copenhague; la ligne qui correspond à 30 aurores par an passe en Europe par le nord de l'Irlande, le milieu de l'Écosse, Christiania, la mer Blanche; en s'approchant davantage du pôle, on trouve une ligne qui correspond à un peu plus de 100 aurores par an et au delà de laquelle la fréquence diminue ensuite rapidement. Ilexiste ainsi une zone de frequence maximum des Aurores de part et d'autre de laquelle leur nombre diminue rapidement. Toute la région au nord de l’Atlantique, dans laquelle hivernent d'ordinaire les expéditions pour la découverte du pôle, l’île Melville, la mer de Baffin, le détroit de Smyth, etc., sont en dedans de cette courbe et à une grande distance; les voyageurs qui ont séjourné dans ces régions, notamment Parry, Ross, Kane, Hayes, Nares, etc., avaient depuis longtemps signalé que les Aurores y sont beaucoup moins fréquentes et moins brillantes que plus au sud, comme en Islande ou au Labrador.

(1) Fairz, ferzeichniss beobachteter Polarlichier. Wien, 1873.

Enfin, au sud de la zone de fréquence maximum, on observe le plus souvent les Aurores dans la direction du nord, et au contraire, en dedans de cette zone, on les observe généralement vers le sud (*).

d. Hauteur des Aurores boréales. — Toutes les mesures effectuées jusqu’à ce jour, des hauteurs des phénomènes auroraux dans les latitudes moyennes, ont conduit sans exception à des nombres très élevés. Quelques réserves que l’on puisse faire sur les méthodes employées, et sur les causes nombreuses d'erreur provenant notamment de l'étendue des rayons auroraux, de leur peu de netteté et de leurs mouvements rapides, il n’en reste pas moins que cette concordance relative de toutes les mesures faites dans les latitudes moyennes (?) nous donne certainement l’ordre de grandeur des altitudes des Aurores dans ces latitudes : toutes indiquent que la partie inférieure des rayons ne descend guère à moins de 6ol® au-dessus du sol, et que leur partie supérieure s’élève fréquemment à 400% et 5oo!" et plus.

Au contraire, les mesures faites dans les régions arctiques, et notamment lors des expéditions polaires internationales de 1882-1883, ont conduit (?) pour la hauteur des Aurores à des nombres fréquemment plus faibles, compris en général entre 20%" et 30k" en hauteur et peut-être moins encore.

Ainsi il n’est pas douteux que la hauteur moyenne à laquelle se produisent les Aurores boréales diminue de plus en plus, à mesure qu'on s'approche des pôles. On a remarqué en outre que l'extension des Aurores semble présenter une certaine relation avec leur hauteur : les Aurores très étendues qu’on observe aux latitudes moyennes et dans les deux hémisphères simultanément ont toujours indiqué des hauteurs très grandes (?). Au contraire les phénomènes auroraux très bas des régions polaires sont toujours des phénomènes restreints et purement locaux.

e. Orientation des rayons auroraux. — Nous avons dit déjà que les rayons de l’Aurore, soit isolés, soit réunis en arcs, en couronnes ou en draperies, sont à peu près parallèles à l'aiguille d’inclinaison, de sorte que, en vertu de la perspective, le point de concours apparent de ces rayons dans le ciel est sensiblement le zénith magnétique, point où la direction de l’aiguille d’inclinaison rencontre la voûte céleste. Cependant un grand nombre d'observations certaines, celles notamment d’Argelander, de Bravais, ete., ont mis hors de doute que fréquemment le point de convergence des rayons auroraux est passablement éloigné, dans des directions quelconques, du zénith magnétique. Done, outre la force directrice principale qui donne aux rayons auroraux leur orientation

(1) Lemsrrôm, Loc. cut.

(2) Pour le détail de ces mesures, voir notamment ANGoT, loc. cit.

moyenne, et qui agit de même sur l’aiguille aimantée, il parait exister d’autres forces d'intensité et de direction variables qui altèrent fréquemment cette orientation (! ).

[. Spectre de l'Aurore boréale. — La nature exacte de ce spectre, composé, comme on sait, d’une raie principale verte, caractéristique, et d'un certain nombre d’autres raies plus faibles, semble près d’être exactement connue, grâce aux travaux récents de MM. Paulsen et Scheiner et de M. Ramsay. M. Paulsen a photographié avec le même appareil le spectre de l’Aurore boréale et le spectre de la lumière bleuâtre qui entoure la cathode d’un tube Geissler contenant de l'air, et M. Scheiner, à la suite des mesures soignées et comparatives de ces spectres, a trouvé qu'il y a une coïncidence aussi parfaite que possible entre un grand nombre des raies de l’Aurore et le spectre de l’air à la cathode d’un tube de Geissler(?). D'autre part, M. Ramsay a découvert (?) que la raie verte de l’Aurore, qui jusqu’à ces dernières années avait paru une des particularités les plus mystérieuses de ce phénomène, coïncide exactement avec la raie principale du crypton. On pouvait se demander aussi pourquoi cette raie verte apparait toujours dans l’Aurore boréale avec une si grande intensité par rapport aux autres raies, étant donné surtout que le crypton n’existe qu’en quantité infime, semble-t-il, dans notre atmosphère. Or, diverses expériences de M. Ramsay ont montré que le spectre du crypton possède une haute visibilité lorsqu'il est mélangé à d’autres gaz, que notamment ce spectre persiste encore même avec une dilution de = à une pression inférieure à d’atmosphère lorsque ce gaz est mélangé avec de l'oxygène, et que de plus la ligne verte du erypton possède une visibilité et une persistance extraordinaires, tandis que les spectres de chacun

des autres gaz atmosphériques disparaissent soit en les mélangeant avec d’autres gaz, soit par diminution de pression. S'appuyant sur ces données et appliquant la formule de Laplace, M. Ramsay a calculé de plus, qu’une Aurore boréale produite dans les conditions de raréfaction réalisées dans ces expériences doit être à une hauteur d'environ 150%, ce qui est bien du même ordre que le résultat moyen des observations (vor ci-dessus, $ d).

g. Périodicité des Aurores boréales. — Les diverses variations périodiques de la fréquence des Aurores boréales sont peut-être, de toutes les particularités de ces phénomènes, celles sur lesquelles nous possédons les documents et les données les plus nets; et cependant, leurs causes jusqu’à ces dernières années sont restées complètement ignorées, comme nous le verrons dans la suite de ce Cha-

(1) ANGOT, loc. cit., passim.

(2) Rapports du Congrès de Physique 1900, t. I, p. 438-444. (3) Ramsay, Rev. gén. des Sciences, 1902, p. 810.

pitre. Les principales de ces périodes de l’Aurore que l'observation a mises en lumière sont les suivantes :

1° Période diurne. — On a depuis longtemps constaté que l’on observe le plus grand nombre des Aurores boréales pendant les premières heures de la nuit et cela, sous toutes les latitudes, aussi bien dans les régions arctiques que dans les stations plus méridionales (‘). Ce n’est pas seulement ce nombre, mais l’intensité des Aurores boréales qui subit cette variation, et la diminution d’intensité des Aurores à mesure que la nuit s’avance a été constamment et depuis longtemps constatée (?).

Et non seulement cette tendance de la fréquence des Aurores à suivre partout le temps local résulte de la moyenne des observations en chaque lieu, mais elle n'est pas moins manifeste quand on considère une Aurore en particulier. Ainsi Donati a montré (‘) que la grande Aurore du 4 février 1872, qui a été vue dans les deux hémisphères, à eu son maximum partout à peu près au même temps local, entre 830" et 9" 30" du soir, et non au même instant physique, bien que la différence de longitude des stations extrêmes dépassät 7 heures. A la fin de ce Chapitre nous dégagerons de ces faits les conclusions qui en découlent relativement à la cause de cette période.

2° Période annuelle. — La fréquence des Aurores dans les latitudes moyennes possède une double période annuelle, fort nette et qui se manifeste par deux maxima au moment des équinoxes et deux minima au moment des solstices, dans l’hémisphère nord comme dans l'hémisphère sud.

Cependanteette périodicité annuellesemble se modifier lorsque, s’éloignant des latitudes moyennes, on se rapproche des pôles : le maximum de l’automne retarde alors de plus en plus, tandis que celui du printemps avance et tous deux se rapprochent du solstice d'hiver; lorsqu'on arrive à des latitudes suffisamment hautes près des pôles les deux maxima finissent par se rejoindre en un seul qui tombe vers le solstice d’hiver. Ce fait signalé par Lovering a été vérifié depuis par de nombreux observateurs (*) : les nombreuses séries d'observations recueillies au nord de la mer de Baffin par les expéditions de Parry, Mac Clintock, Kane, Hayes, Bessels, et celles plus complètes encore de Godtaab (Groënland) recueillies d’une manière ininterrompue pendant 13 ans, ne laissent aucun doute à ce sujet.

Ainsi c’est au solstice d'hiver, dans les régions situées à peu de distance du

(1) ANGoT, Loc. cit. — ARRHÉNIUS, Loc. cit.

(2) PauLSEN, Meteorologische Zeitschrift, 1894, p. 450. (3) ANGOT, loc. cit., p. 125.

pôle, que se produit le maximum de la fréquence annuelle, pendant que préersément, dans les latitudes moyennes, se produit un minimum.

3° Période undécennale. — Cette période, la plus frappante de toutes peutêtre, coincide exactement avec la période des taches solaires, comme celles des perturbations magnétiques, et de telle manière que les maxima et les minima des trois ordres de phénomènes coincident (").

Nous ne citons enfin que pour mémoire la période douteuse d'environ 26 jours que certains auteurs ont récemment cru trouver dans la fréquence des Aurores. Nous y reviendrons plus en détail dans la seconde Partie de ce travail.

h. Relations des Aurores boréales avec les perturbations magnétiques. — En outre de la double périodicité commune qui relie leur fréquence à celle des taches solaires, il paraît y avoir entre ces deux ordres de phénomènes diverses relations sur lesquelles les observateurs ont spécialement fixé leur attention, et sur lesquelles on possède des documents étendus et précis, depuis quelques années (?). C’est à Upsal, en 1871, que Celsius et Hiorter sigaalèrent pour la première fois la simultanéité d’une Aurore boréale et de perturbations dans la déclinaison. De 1741 à 1747, Hiorter releva quarante-six exemples de cette coincidence; des observations furent poursuivies ensuite par Wargentin, Canton et Wilcke, qui trouva ce fait capital et souvent confirmé depuis : que si, presque toutes les fois qu’il se produit des perturbations magnétiques, elles sont accompagnées d’Aurores boréales, on observe en revanche fréquemment des Aurores boréales sans que l’aiguille de déclinaison montre aucune perturbation. Parmi les nombreux observateurs qui ensuite confirmèrent ces faits, citons Van Swinden, Cassini, Gilpin, etc. Bornons-nous à indiquer les principaux résultats obtenus dans quelques-unes des expéditions polaires les plus connues : lors du séjour du Tegetthof à la Terre François-Joseph, Weyprecht observa que les Aurores à mouvements lents se produisent d’ordinaire sans que l'aiguille aimantée éprouve la plus petite agitation; au contraire, les perturbations deviennent très intenses pendant les Aurores qui présentent des rayons lumineux à mouvements rapides.

Parry, dans ses hivernages à la presqu'ile Melville et à Port-Bowen, ne reconnut Jamais aucune relation entre l'apparition de l’Aurore boréale et les mouvements de l’aiguille aimantée; Mac Clintock, dans deux hivernages consécutifs, ne put observer que cinq fois la coïncidence des deux phénomènes; Kane arriva aux mêmes conclusions : dans ses deux hivernages de 1853 et de 1855 à l’extrême-nord du Groenland, il n’observa pas une seule fois de perturbations

(1) ANGoT, loc. cit.; LEMsTrôüm, loc. cit. ; ete. (2) Nous avons emprunté à la remarquable étude historique et critique de la question, qui se trouve dans les Aurores polaires de M. Angot, un grand nombre des données de ce paragraphe.

magnétiques pendant les Aurores boréales. Bessels, qui séjourna plus au nord encore, avec la Polaris, nota des variations de la déclinaison pendant une seule Aurore, mais c'était pendant l’Aurore tout à fait exceptionnelle du 4 février 1872 dont nous avons déjà parlé et qui sembla avoir enveloppé la Terre tout entière. De même pendant l'hivervage de la Discovery en 1895-1870, au détroit de Smyth, on ne put davantage remarquer de relations d'aucune sorte entre les Aurores et les perturbations magnétiques. Enfin, et pour ne citer plus que les résultats de l'expédition la plus récente, Paulsen (‘), pendant son hivernage en Islande en 1899-1900, à observé que les grandes Aurores tranquilles n'avaient aucun effet sur la position des aiguilles, qui étaient au contraire affectées faiblement par les Aurores très mobiles.

Ainsi, tandis que les grandes Aurores, très étendues et très élevées, des latitudes moyennes, sont en général accompagnées de perturbations magnétiques, les relations entre les deux ordres de phénomènes sont beaucoup moins certaines dans les latitudes élevées où les Aurores ont un caractère local : souvent on y voit des Aurores pendant lesquelles l'aiguille aimantée reste parfaitement tranquille (?). Ce fait est d'autant plus remarquable que les perturbations magnétiques présentent dans les régions polaires une fréquence et une amplitude extraordinaires, quand on les compare à celles des latitudes moyennes. En résumé, 11 n’y a pas de relation nécessaire entre les Aurores boréales et les perturbations magnétiques dansles régions arctiques, c’est-à-dire précisément dans celles où les perturbations magnétiques sont les plus fréquentes. « Cette conclusion, comme dit M. Axcor, s'appuie sur un fait indiscutable, {absence tres frequemment constatée de perturbations magnétiques pendant les Aurores polaires. » Nous verrons que ces faits présentent un intérêt capital pour la théorie de la production des Aurores.

. Relations des Aurores avec les nuages. — Presque tous les observateurs d’Aurores, depuis Tycho-Brahé, ont signalé ces relations. On a trouvé () fréquemment : que les bandes de cirrus dans les régions polaires sont fréquemment orientées comme les rayons de l’Aurore; que souvent, quand une Aurore boréale disparait le matin, on la trouve remplacée par des bandes de cirrus, et que souvent aussi, après le coucher du Soleil, on observe des rayons auroraux aux places où précisément se trouvaient un moment auparavant des bandes de cirrus; que souvent l'apparition des Aurores est accompagnée de la formation soudaine de nuages; qu'enfin, la variation très nette de la fréquence annuelle des cirrus et des halos est, comme l'avait déjà signalé Tycho-Brahé et comme

(1) Rapports du Congrès de Physique, t. I, p. 452. (2) Voir aussi Meteorologische Zeitschrift, 1894, p. 450 et passim. (3) Pour plus de détails, voir ANGor, loc. cit., passim.

l'ont confirmé des travaux étendus et plus modernes (‘), exactement parallèle à celle des Aurores.

On peut dire de toutes les explications de l’Aurore boréale proposées (?) depuis les recherches fondamentales de A. de la Rive qu’elles ont réussi, dans une certaine mesure, à nous mettre sur la voie des circonstances physiques qui peuvent produire dans l’atmosphère supérieure les apparences lumineuses des Aurores boréales; on a également bien expliqué de diverses manières l’orientation caractéristique des rayons de l’Aurore et la fréquence relativement grande de ces phénomènes près des pôles; en revanche, les relations des Aurores boréales avec les perturbations magnétiques, et leurs périodes si caractéristiques sont restées jusqu'à ces dernières années à peu près inexpliquées, bien que ce soient les plus nets peut-être et les plus sûrement établis de tous les caractères de l’Aurore.

Le grand développement pris ces dernières années par les recherches expérimentales sur les manifestations de l’excitation électrique dans les gaz raréfiés, et les analogies nombreuses trouvées entre les formes de l'énergie cathodique et les apparences des Aurores, ont fait que, dans les deux théories récemment présentées par M. Arrhénius et par M. Birkeland, et qui constituent un immense progrès dans cette voie, on à fait jouer aux rayons cathodiques un rôle prépondérant ; d'autre part, l’examen attentif des périodes de l’Aurore, en particulier de la période diurne et de la période undécennale, la relation directe et souvent constatée des manifestations aurorales avec l’activité des taches solaires, la diminution bien constatée de l'intensité des Aurores pendant la nuit, etc., ont conduit irrésistiblement à penser que le Soleil doit jouer un rôle important dans la production de ces phénomènes. Cette seconde idée domine également la théorie de M. Arrhénius et celle de M. Birkeland.

En un mot, c’est grâce à ces deux notions nouvelles : intervention du Soleil, production de phénomènes cathodiques, que ces théories récentes de la formation des Aurores boréales ont pu être considérées comme un pas immense dans l'étude de ces mystérieux phénomènes. Et cependant ces théories, si différentes d’ailleurs l’une de l’autre, peuvent-elles vraiment être considérées comme pleinement satisfaisantes ? C'est ce que nous allons essayer d'examiner.

I. — La théorie de M. Arrhénius est basée sur l'hypothèse que le Soleil, par l’effet de la pression de radiation de Maxwell-Bartoli, émet des particules néga-

(1) Pour plus de détails, vor ANGor, p. 156, et Zeëtschrift der Oesterreich Gesellschaft für Meteorologie, t. VIL, 1872, p. 209.

(2) Voir dans le Traité de M. Angot l'exposé détaillé et la réfutation des théories anciennes.

tivement chargées, dont le diamètre est de l’ordre du r000° de millimètre, qui arrivent en cet état jusqu’à la Terre, et, sous l'influence du rayonnement ultraviolet du Soleil, se déchargent dans l'atmosphère supérieure en produisant des rayons cathodiqnes. Cette théorie explique bien, comme il ressort des développements de l’auteur (*}, un grand nombre des caractères des Aurores, notamment leur orientation, la répartition de leur fréquence, leur période diurne, leur relation avec la formation des nuages, ete. Mais elle parait soulever un certain nombre d’objections nécessaires. |

Il nous paraît, entre autres, difficile d'imaginer comment les particules émises par le Soleil, et soumises d’une façon continue au rayonnement ultraviolet sans cesse renouvelé de celui-ci, pendant tout leur trajet à travers l’immense atmosphère solaire, peuvent arriver jusqu’à la Terre en conservant leur charge négative. M. Arrhénius admet lui-même qu'arrivées au voisinage de la Terre, ces particules se déchargent sous l'influence du rayonnement solaire; mais si l’on réfléchit qu'au moment de leur départ de la surface solaire ces particules sont soumises à un rayonnement au moins 45000 fois plus intense, il parait difficile de supposer qu’elles soient encore chargées en arrivant à la Terre.

D'ailleurs, si les Aurores boréales étaient produites par le mécanisme qu'indique M. Arrhénius, il semble que leur période undécennale devrait être exactement l'inverse de ce qu’on observe (de telle sorte que la plus grande fréquence des Aurores devrait correspondre au minimum des taches solaires); en effet, nous avons vu (ci-dessus, Chap. IT) que la radiation solaire est plus grande lors du minimum que lors du maximum des taches; et l’on sait d'autre part que les rayons coronaux du Soleil (qui, suivant l'opinion même de M. Arrhénius, sont produits par la pression de radiation de cet astre) ont effectivement leur plus grande extension lors des minima des taches (?). Le nombre des particules repoussées du Soleil étant plus grand lors des minima d'activité solaire, la période undécennale des Aurores boréales devrait donc être l'inverse de celle qu’on observe réellement.

D'autre part, la double période annuelle des Aurores boréales (maxima aux équinoxes, minima aux solstices) s’expliquerait, d'après M. Arrhénius, de la facon suivante : l’activité solaire étant surtout localisée dans deux zones qui se trouvent à 15° de part et d’autre de l'équateur, et la Terre se trouvant le 5 mars et le 3 septembre vis-à-vis des points qui sont respectivement à 7° de l’équateur solaire, tandis que le 6 décembre et le 4 juin elle passe à l'équateur, la Terre recevrait du Soleil plus de particules en mars et en septembre qu’en décembre et en juin (d’après M. Arhénius). Examinons ce point d’une manière

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

(2) Voir ci-dessus, Chap. IL.

plus précise : La loi fondamentale du rayonnement d’un élément de surface éclairée ou incandescente est que l'intensité du rayonnement est proportionnelle au cosinus de l’inclinaison de la ligne de vue sur la normale à l’élément. (Cette loi explique qu’un globe éclairé de verre blanc, par exemple, tel que celui d’une lampe, paraît sensiblement également brillant partout, le raccourci de chaque élément de surface par rapport à la ligne de vue compensant juste sa diminution de rayonnement.) La plupart des astronomes (Vogel et Pickering notamment) admettent cette loi fondamentale pour la surface du Soleil. Si nous rappelons que, selon M. Arrhénius, la répulsion des particules solaires est due au rayonnement de l’astre et est proportionnelle à ce rayonnement, nous pou-

Fig. r1.

Dans ce schéma les valeurs des angles sont notablement exagérées, pour la clarté de la figure.

vons faire le raisonnement suivant. Pour plus de simplicité, nous supposerons les régions de l’activité solaire réduites à leur partie centrale; nous n’examinerons que l'effet produit par ces régions (au-dessus desquelles, d’après M. Arrhénius, se trouve le plus grand nombre de particules) et nous ne tiendrons pas compte de la parallaxe du Soleil qui est négligeable : ces simplifications ne modifient pas la nature du raisonnement et de ses conséquences, comme il est facile de s’en assurer.

Soient (/g. 11), le Soleil; A et A’, les régions d'activité; 2 et x’, les normales aux centres de ces régions; ce, la direction où se trouve la Terre à léquinoxe ; ss, la direction où elle se trouve au solstice.

À l'équinoxe, la Terre recoit de À un rayonnement proportionnel à.... cos 8° BUTEUR PATONNEMENDDLODOMIONNEMAA EE 0. .......,.,.,....., COS 22° Au solstice, la Terre recoit de À un rayonnement proportionnel à ..... cos 15° ET ABURTAYODNÉMENRDTODODIONNOL AMAR LR. , 0... ,.,.. COS 12°

Les intensités s’additionnant d’ailleurs, on trouve que les sommes des rayonnements reçus de A et de A’ par la Terre sont respectivement proportionnelles :-

Lorsde l'équinerse 448 LR SE COS 8° + COS220—1,9173 Lors Au S616 0060 000 Ar or DOS —-T,9818

Ce qui montre, non seulement que la différence est tres faible, mais qu'elle esl précisément dans le sens opposé à celut qu'indique M. Arrhénius, ce qui, dans son hypothèse, devrait donc produire les maxima des Aurores aux solstices et les minima aux équinoxes, contrairement à ce qu’on observe.

Enfin, on peut objecter à l'explication que donne M. Arrhénius de la période annuelle des Aurores que, si cette explication était la vraie, l'amplitude de cette période devrait être sensiblement nulle pendant les années sans taches (c’està-dire que pendant ces années on devrait observer en moyenne à peu pres le même nombre d'Aurores aux équinoxes et aux solstices); cette période devrait au contraire avoir une amplitude très accentuée les années de maximum des taches. Or, à notre connaissance, 1/ n'a rien été constaté de pareil.

Pour toutes ces raisons, on peut conclure que la théorie de M. Arrhénius, tout en constituant un progrès incontestable sur les recherches antérieures dans cet ordre d'idées, ne peut guère, malgré la complication des hypothèses qu’elle accumule, et aussi peut-être à cause de cette complication, être considérée comme une solution définitive. C’est déjà la conclusion à laquelle nous étions arrivé à propos de l’application de cette théorie à la Couronne solaire et aux perturbations magnétiques.

IT. La théorie tout à fait remarquable proposée récemment par M. Kr. Birkeland (*) se rapproche sous bien des rapports de la théorie ancienne de A. de la Rive, et que divers savants, notamment Lemstrôm et Edlund, avaient depuis modifiée sur divers points, pour l'adapter aux exigences nouvelles. qui ressortaient d’une connaissance plus exacte des caractères de l’Aurore boréale. Sans vouloir insister longuement sur les théories de De la Rive, Lemstrôm et Edlund, qui sont complètement abandonnées et insuffisantes aujourd’hui, rappelons qu’elles attribuaient l’Aurore boréale à une luminescence de l’atmosphère produite par des courants électriques circulant de l'atmosphère au sol,

(1) Fidenskabsselskabets Skrifter, t. I. Mathematisk-naturwidenskabelig Alasse, 1901, n° 1.

ou inversement se dirigeant verticalement de la Terre vers l'atmosphère. M. Birkeland a heureusement modifié ces idées [qui soulevaient des difficultés nombreuses (‘)], d’une part, en attribuant les Aurores, non plus à de pareils courants, mais à des courants électriques entièrement localisés dans l’atmosphère supérieure et qui y circuleraient à peu près parallèlement au sol, et, d'autre part, en faisant intervenir le Soleil dans la production de ces courants, tandis que Îles auteurs précédents les attribuaient à des causes exclusivement terrestres.

Dans une série d'expériences très ingénieuses, et pour le détail desquelles nous renvoyons au Mémoire original, M. Birkeland a montré que l’on peut produire dans un tube à air raréfié, en le faisant traverser par un courantélectrique suffisamment dense, et dans un champ magnétique faible, des rayons cathodiques qui sont émis par les particules gazeuses et s’orientent dans le sens des lignes de force, en produisant des apparences identiques aux formes ordinaires des Aurores boréales. M. Birkeland à montré de plus que ces rayons cathodiques diffusés par la matière gazeuse étaient dus au courant électrique lui-même, et non pas aux rayons cathodiques émanés de la cathode des tubes employés, car, en éliminant ceux-ci par un dispositif spécial (?), les apparences radiées analogues aux Aurores se produisaient également.

M. Birkeland en conclut « qu’une Aurore boréale se manifeste chaque fois qu’un courant électrique suffisamment dense se produit dans les couches supérieures de l’atmosphère, à peu près parallèlement à la surface de la Terre ».

Enfin, et pour expliquer la période diurne et la période undécennale des Aurores et leurs coincidences fréquentes avec la formation de taches solaires, M. Birkeland pense que ces courants électriques sont produits par des rayons cathodiques émanés du Soleil (*), et il appuie cette hypothèse sur l’expérience suivante : un électro-aimant sphérique est placé dans un tube à gaz raréfié et exposé au faisceau à peu près parallèle qui émane de la cathode; or, en mettant

(1) Poir notamment, à ce sujet, PAuULSEN, Meteorologische Zeitschrift, 1894, passim.