Voici les résultats de ces mesures
Dates
Nombre d’ondes
Périodes T en secondes
Dates
Nombre d’ondes
Périodes T en secondes
mai
décbre
nettes
régulières
juin
août
peu nettes
sans date
régulières
régulières
janvier
septbre
iS
février
régulières
ca. 11.0
grandes
octobre
faibles
novbre
peu nettes
régulières
avril
régulières
peu nettes
mélangées
1901. No. T. PHÉNOMÈNES DE MAGNÉTISME TERRESTRE. 9
Dates
Nombre d’ondes
Périodes T en secondes
Dates
Nombre d’ondes
Périodes T en secondes
12 mai
2 mars
9 régulières
5 pures
1 juin
4 aoôt
8 inégales
10 imparfaites
8 septbre
14 inégales
10 régulières
7 octobre
3 régulières
1 avril
16 peu nettes
1 novbre
8 mai
14 décbre
6 faibles
à Bossekop.
2 janvier
7 peu nettes
15 mars
17 février
83 faibles
3 peu nettes
7 . J’ai rangé graphiquement (fig. 3, pl. I) les résultats dans l’espoir que les valeurs des différentes périodes se grouperaient nettement autour de certaines valeurs fixes. Cet espoir a été déçu.
D’un autre côté il est évident que les différentes périodes ne revêtent pas des valeurs arbitraires : il existe indubitablement un mode ou l’autre de groupement.
Il semble bien qu’il existe une période d’à peu près 8 secondes, une de 11 secondes, peut-être aussi une de 15 secondes, etc.
On retrouve facilement les ondes de M. Eschenhagen avec une période d’à-peu-près 30 secondes. En mesurant sur les planches la Ion-
IO
KR. BIRKELAND.
M.-N. Kl.
gueur de ces ondes j’ai gardé l’impression qu’il y a presque toujours deux ou plusieurs ondes à périodes voisines s’accompagnant l’une l’autre. Chez nous, sur la montagne de Haldde, nous n’avons pas encore vu ces ondes d’une période de 30 secondes se manifester bien nettement.
Les oscillations magnétiques dont nous venons de parler sont certainement dues à des courants électriques alternatifs, soit telluriques soit atmosphériques. Nous verrons tout à l’heure combien il est probable qu’ils sont dûs à des courants de cette espèce circulant dans l’atmosphère.
On peut dire que ces petites oscillations manifestent une tendance au groupement qui, si faible qu’elle soit, n’en est pas moins du plus grand intérêt.
Il serait très important de reconnaître si ces oscillations sont peutêtre dues à des vibrations électriques propres à la sphère terrestre, ou si elles sont imposées à la Terre du dehors, et sont d’origine solaire, ou bien encore si elles sont dues à des décharges locales.
Dans le premier cas, les périodes des ondes doivent être fixes et se retrouver d’un enregistrement à l’autre et aux différents endroits de la Terre, sauf toutefois sur quelques lignes nodales. Dans le second cas aussi, les périodes des oscillations pourraient peut-être se retrouver d’une façon analogue. Dans le dernier cas au contraire, il semble plus naturel que les périodes prennent toutes les valeurs possibles en deçà d’une certaine limite.
Il est évident que des enregistrements de précision dans les régions polaires seraient d’une haute importance pour décider la question de savoir si ces oscillations se grouperaient peut-être d’une façon parfaitement nette dans une certaine série d’harmoniques ; car à ces hautes latitudes, les oscillations sont sans doute plus fréquentes, plus régulières et plus persistantes que partout ailleurs.
Il est clair que c’est seulement par une longue série de mesures exactes qu’on pourra arriver à une certitude sur ce point, car si on a en effet affaire à des oscillations harmoniques, elles sont certainement d’ordre élevé, ce qui rend leur constatation d’autant plus difficile.
8 . Au cours des enregistrements magnétiques à grande vitesse rapportés ci-dessus et effectués entre le 27 février et le 21 mars 1900 sur la montagne de Haldde, nous avons toujours cherché à enregistrer d’une même manière l’électricité atmosphérique, dans l’espoir de réussir peutêtre à décider si les ondulations magnétiques en question ne seraient pas accompagnées d’ondes électriques correspondantes.
1901. No. I. PHÉNOMÈNES DE MAGNÉTISME TERRESTRE. II
Nous avons eu recours pour cela à un électromètre d’Elster et Geitel disposé pour l’enregistrement photographique par le constructeur Günther de Brunswick.
Grâce à certaines modifications introduites plus tard par nous, cet appareil travailla à notre satisfaction avec l’enregistreur. Comme collecteur nous nous servions d’une plaque métallique enduite de radium et protégée de diverses façons contre les inconvénients pouvant résulter de coups de vent et de congélation. v
Ce radium m’avait été gracieusement offert par M. et M me Curie.
Lorsque le cylindre de l’enregistreur opérait sa révolution en deux heures, on demandait le plus souvent à Pélectromètre une très-grande sensibilité, jusque dix fois plus grande que lorsque la révolution de l’appareil avait lieu en 24 heures. On y arrivait en augmentant la tension sur les quadrants, tandis que par une torsion convenable du fil de platine servant à la suspendre, l’aiguille communiquant avec le radiateur était amenée à sa position normale.
Quant aux résultats de ces enregistrements électriques, je dirai seuleme nt ici ^ que par les photogrammes destinés à mettre en évidence les variations faibles de l’electricité atmosphérique, on ne constate pas l’exisstence d’une corrélation claire entre les petites perturbations électriques et magnétiques de courte durée. 11 faut cependant remarquer que l’air ne fut pas parfaitement clair une heure entière au cours des trois semaines en question, et qu’en réalité, il y a deux photogrammes seulement qui aient quelque valeur comme se prêtant à la comparaison que nous avions en vue.
Si, par exemple, il y avait dans l’air la moindre trace de cristaux de glace, — cas qui se présenta alors très fréquemment — le point lumineux mobile oscillait sans interruption d’un côté à l’autre du champ de l’enregistreur.
Mais, comme je Pai dit, les deux photogrammes que je crois aptes à servir ne manifestent pas de relation directe avec les perturbations magnétiques correspondantes. Peut-être ne fallait-il d’ailleurs pas s’y attendre, alors même qu’il existerait une connexion réelle entre les oscillations électriques de l’atmosphère et les ondulations magnétiques qui nous occupent, car s’il s’agit d’ondes stationnaires, il devra y avoir, correspondant aux milieux des ventres des ondes magnétiques d’une période donnée, des noeuds dans les ondes électriques et vice versâ.
Peut-être eût-on dû comparer plutôt les courbes électriques de Haldde
ICR. B1RKELAND.
M.-N. Kl.
avec les courbes magnétiques de Potsdam. C’est là une comparaison que je n’ai pas faite encore. 1
1 Les résultats précédents et les idées qu’ils m’ont suggérées ont été communiqués au Congrès de Physique, à Paris, le 9 août 1900.
J’apprends avec une grande satisfaction que M. A. Nippoldt à Potsdam, à qui je suis si redevable pour ses bienveillants services, semble être arrivé à des idées analogues aux miennes.
C’est ainsi qu’il me dit dans une lettre du 1. décembre 1900: »Auch ich habe mich in letzter Zeit viel mit Studien über den Zusammenhang zwischen Luftelektricitat und Erdmagnetismus abgegeben. Die von Ihnen gefundenen harmonischen Beziehungen zwischen den kleinen Schwingungen liessen sich als Schwingungen der elektrostatischen Ladung der Erde erklâren, die nur in den gefundenen harmonischen Verhâltnissen stehen konnen, da nur für diese die Erde ein Resonator ist. Da die Sonne die Oscillationen erzeugt, spürt man sie auf der ganzen Erde, doch konnen gewisse Wellen an bestimmten Orten stets unterdrückt werden, so dass in Potsdam gewisse Wellenlângen, die in Bossekop vorkommen, nicht auftreten.*
Note .
L’existence de perturbations simultanées de très-courte période, s’étendant sur de grandes parties du globe terrestre, peut permettre de transmettre des signaux de temps à une station polaire fort éloignée, par une sorte de télégraphie sans fil.
Il suffirait d’utiliser pour l’enregistrement des perturbations magnétiques la vitesse la plus grande possible de l’enregistreur, dont la marche devrait être constamment contrôlée auîf deux stations à l’aide d’un chronomètre, en même temps qu’on utiliserait la sensibilité la plus grande possible des magnétomètres.
Il semble que plusieurs savants, qui ont expérimenté sur la télégraphie sans fil, p. ex. Marconi et Tesla, aient observé des phénomènes semblant provenir d’oscillations électriques de l’atmosphère.
Comme nous le verrons au chapitre suivant, il y a précisément dans les couches supérieures de l’atmosphère un puissant courant électrique s’étendant à toute la Terre; les variations de ce courant, qui est certainement dûs à des causes cosmiques, peuvent être d’une période très-courte. M. Tesla est, dit-on, d’avis que les phénomènes en question observés par lui proviennent de la planète Mars. Pour ma part, je crois fort possible que des éruptions volcaniques ayant lieu sur cette planète soient accompagnées de décharges électriques assez fortes pour se manifester par des pulsations appréciables du courant constaté par nous. Quant à supposer qu’il s’agisse d’expériences électriques gigantesques exécutées par des habitants de Mars, je crois qu’il y a là une hypothèse à laquelle nous préférerions n’avoir recours qu’en tout dernier ressort.
ïpOI. No. 1 . PHÉNOMÈNES DE MAGNÉTISME TERRESTRE
Courants électriques dans les couches supérieures de Patmosphère. 1
9 . Nous allons maintenant nous occuper des perturbations considérables et de durée relativement longue dans les éléments magnétiques. C’est surtout quand, aux perturbations de cet ordre observées dans les régions polaires, on compare des perturbations correspondantes sur d’autres points du globe, qu’on découvre différentes circonstances méritant l’examen le plus approfondi.
Mais avant de se livrer à l’analyse de ces phénomènes, il est utile et nécessaire de se faire une idée des causes possibles de pareilles perturbations.
Sur ce point, j’ai pu tirer de bons éclaircissements de la comparaison qu’il m’a été donné de faire entre les photogrammes journaliers d’enregistrement magnétique collectionnés pendant plus de trois mois à notre station de Haldde et les photogrammes correspondants obtenus à Potsdam. On trouve ainsi que des variations semblables ont lieu simultanément aux deux stations pour toutes les amplitudes possibles. Il n’y a donc pas de raison pour admettre que la cause des grosses perturbations correspondantes diffère essentiellement de celle qui produit les petites perturbations simultanées.
Or, nous sommes arrivés dans ce qui précède, par la discussion de nos photogrammes obtenus par enregistrement à grande vitesse, à la conclusion que les petites variations des éléments magnétiques devaient être dues à des courants électriques variables. Car la différence entre les temps d’apparition des variations subites homologues à Haldde et à Potsdam était en moyenne certainement inférieure à quelques secondes.
Nous concluerons donc que les grandes perturbations sont dues, elles aussi, à des courants électriques embrassant de grandes parties de la surface du globe.
1 La découverte des courants décrits dans le présent chapitre a été annoncée dans un discours prononcé le 12 octobre 1900 devant la Société des Sciences de Christiania.
KR. RIRKELAND.
M.-N. Kf.
Il est vrai qu’on découvre sans peine un fait qui semble militer contre cette opinion. On reconnaît en effet que les différents maxima ou minima des grandes perturbations simultanées ont lieu sur différents points du globe à des moments qui ne concordent pas absolument. C’est là ce qui apparait très-nettement, lorsque Y on compare les photogrammes caractéristiques enregistrés simultanément en de nombreux points du globe terrestre.
Nous renvoyons provisoirement aux planches III à VII représentant les éléments magnétiques en 7 stations différentes, dont quelques-unes très-éloignées les unes des autres.
Il appert de ces courbes avec toute la clarté désirable que les perturbations atteignent plus vite leur maximum d’amplitude aux stations situées à l’Est qu’à celles situées vers l’Ouest, et que cet écart ne laisse pas d’être considérable. Ce fait intéressant, sur lequel nous nous réservons de revenir plus tard, ne suffit cependant pas à infirmer notre proposition, à savoir que les grandes perturbations sont dues à des courants électriques émanant des régions polaires et se répandant à la surface de la Terre.
Ce retard dans la phase se laisse en effet expliquer très-naturellement, alors même qu’on persiste à prétendre que les perturbations sont imputables à des courants électriques. Car des pulsations particulières de ces courants qui donnent lieu aux variations magnétiques de courte période ont lieu simultanément sur les divers points du globe atteints par ces courants, bien qu’avec une intensité différente.
Il s’ensuit que l’onde d’enveloppe résultant de l’interférence des pulsations consécutives peut fort bien avoir un caractère analogue en deux points du globe très-éloignés l’un de l’autre, en même temps qu’un de ces points peut retarder sur l’autre, quant au moment d’apparition des amplitudes maximum et minimum.
10 . Il s’agit tout d’abord de décider dans quelle mesure les courants en question sont telluriques ou atmosphériques, et en second lieu de déterminer leurs trajectoires moyennes. Disons dès maintenant que nous arriverons bientôt par nos recherches à faire des constatations nous forçant à conclure que les courants en question circulent dans l’atmosphère. Nous chercherons donc tout d'abord à fixer les trajectoires moyennes des courants, en admettant comme prouvé qu’il convient de les aller chercher dans les couches les plus élevées de l’atmosphère. Nous admettons de plus que la direction du champ des forces perturbatrices est, au moins approximativement, déterminée par la loi d’Ampère, par rapport aux parties de courant les plus rapprochées de l’endroit considéré.
1901. No. I. PHÉNOMÈNES DE MAGNÉTISME TERRESTRE.
On ne tardera pas à reconnaître que cette hypothèse est pleinement justifiée.
11. Pour reconnaître maintenant si certaines directions de courants prédominent spécialement aux environs de Bossafeop, j’ai extrait de nos photogrammes toutes les perturbations marquées dont 1* on pouvait jusqu’à un certain point fixer la grandeur en raison du repos relatif existant dans les éléments magnétiques avant et après la perturbation. En reliant par des lignes droites les portions tranquilles des courbes, j’ai pu mesurer l’amplitude de la perturbation à un instant donné. Cette méthode appliquée à la mesure de l’amplitude des perturbations n’est pas exempte d’un certain arbitraire. Je crois cependant qu’en intercalant comme je l’ai fait des lignes droites convenables, on arrive à se faire une idée plus sûre des perturbations d’origine électromagnétique qui ont lieu à un moment donné, que lorsqu’on s’astreint à mesurer toujours les perturbations en se basant sur les valeurs moyennes journalières.
Lorsqu’on a ainsi mesuré une variation <î de la déclinaison, on trouvera la composante de la force perturbatrice R p , perpendiculaire au méridien magnétique, composante que nous désignerons par D p , en vertu de la formule
D v = (H + H p ) tg <î,
où H p est la composante horizontale de R p située dans le plan du méridien. Comme H p est généralement assez petit, on aura approximativement
Si l’on calcule la résultante de D v et de H p , on pourra tirer de cette résultante, en vertu de la loi d’Ampère, la direction que le courant électrique supposé doit avoir occupée dans les couches élevées de l’atmosphère aux endroits considérés.
Nous supposons ici que les courants sont dirigés à peu près parallèlement à la surface terrestre.
Ce postulatum donne lieu, j’en conviens, à une certaine inexactitude, attendu qu’il est probable que dans les régions polaires, il y a aussi parfois des courants pas tout à fait négligeables dirigés verticalement entre la Terre et l’atmosphère ou inversement, ainsi que l’affirment entre autres Adam Paulsen 1 et Lemstrom 2 .
1 Adam Paulsen: Sur la nature et l’origine de l’aurore boréale. Copenhague 1893.
2 Lemstrom ; On the earth-currents and the electrical currents in the atmosphère and their relations to the earth-magnetism. Helsingfors 1899.
KR. BIRKELAND.
Mais en général de pareils courants ne doivent pas contribuer d’une façon bien essentielle à la production des grandes perturbations dans les éléments horizontaux. C’est là ce qu’il est permis de conclure, tant de l’allure des perturbations correspondantes de l’intensité verticale dans la région polaire considérée, que du fait que les mêmes perturbations dans les éléments magnétiques que nous avons trouvées dans les régions polaires se retrouvent sans peine, en leurs traits essentiels, en des observatoires répartis sur des portions considérables de la surface du globe.
Le fait que nous venons de signaler en dernier lieu montre clairement que les pulsations en question du courant électrique doivent s’étendre sur de vastes portions de la surface terrestre : on reconnaît en effet sans peine que l’influence perturbatrice prédominante exercée par de pareils courants sur les éléments horizontaux sont imputables aux parties du courant qui passent juste au-dessus de l'endroit considéré, tandis que l’influence exercée sur l’intensité verticale est imputable aux courants passant dans le voisinage du même endroit.
12 . La fig. i, pl. II, indique la direction des courants horizontaux dans l’atmosphère pouvant avoir produit toutes les perturbations essentielles des éléments horizontaux constatées par nous à Haldde pendant l’hiver 1899—1900.
Les vecteurs qui y figurent donnent la mesure relative de l’action des courants au point d’observation, leur longueur étant dans chaque cas portée égale à la résultante de D p et de H p .
Comme on le conçoit aisément tous ces vecteurs représentant les courants sont rapportés le long d’un axe des temps divisé en 24 heures et compté de midi à midi, temps de Greenwich, afin de reconnaître si ces courants ont une période journalière.
La direction perpendiculaire à l’axe des temps est supposée parallèle au méridien astronomique de Bossekop, le Nord étant tourné vers le haut. Les vecteurs en traits pleins représentent les courants dont la trajectoire moyenne recoupe le méridien de Bossekop au Nord de cette localité; les vecteurs en pointillé ceux dont la masse principale passe au méridien au Sud de Bossekop. On se fixe là-dessus en discutant les perturbations de la composante verticale conformément à la loi d’Ampère.
J’ai traité d’une façon analogue les matériaux magnétiques pour les jours-termes aux stations de Bossekop, Jan Mayn, Fort Rae, Christiania et Pawlowsk pour les années 1882 et 1883.
Les figures de la pl. II fournissent la représentation graphique des résultats obtenus.
19 OI. No. I. PHÉNOMÈNES DE MAGNÉTISME TERRESTRE
L’échelle des vecteurs est 5 fois plus grande aux fig, 1, 8, 9, 10 et 11 qu’aux autres figures. J’ai fait cela pour des motifs d’ordre pratique, attendu que les perturbations sont, on le sait, bien plus grandes dans les régions polaires que dans les pays plus méridionaux.
Si la fig. 1 est à grande échelle, quoique se rapportant à Bessejcqp, c’est parceque la figure ne contient pas les plus grandes perturbations de 1899—1900. Cela tient à ce que nos instruments de variation servaient à l’enregistrement, tantôt à grande, et tantôt à petite vitesse, et que par suite nous ne pouvions pas rendre les instruments suffisamment insensibles pour servir à l’enregistrement des plus grandes perturbations, les points lumineux sortant alors du champ de l’enregistreur.
Partout dans les figures, le temps dont on s’est servi est celui de Greenwich.
L’échelle 1 dans nos figures originales est telle que +i.io ~ 4 C. G. S. était représenté pour H p par 1 mm. vers le Nord sur la direction du méridien magnétique, tandis que la même grandeur était représentée pour D p par 1 mm. perpendiculairement au méridien magnétique et compté positivement vers l’Ouest. Dans la reproduction, ces figures originales ont été réduites dans la proportion de 48 à 22.
Dans la plupart des figures de la pl. II, les vecteurs des courants sont en traits pleins, lorsqu’ils représentent des courants dont la direction moyenne recoupé le méridien local (astronomique) au Nord de la station, tandis qu’ils sont en pointillé lorsque leur direction moyenne recoupe le méridien local au Sud. Une exception a été faite pour Christiania, où tous les vecteurs sont en traits pleins, les intensités verticales n’ayant à cette époque pas été observées, et pour Pawlowsk, où les vecteurs en traits pleins représentent des courants dont la trajectoire moyenne recoupe le parallèle de Pawlowsk à l’Ouest de cette localité, tandis que les vecteurs en pointillé se rapportent aux courants recoupaut ce même parallèle à l’Est de Pawlowsk.
Pour les années 1882 et 1883, j’ai construit des diagrammes spéciaux pour les mois d’hiver et pour les mois d’été. J’ai de plus fait pour ces mêmes années une distinction entre deux groupes de vecteurs. Les vecteurs du premier groupe, qui sur les figures ne portent aucune marque spéciale, ont été choisis pour les différentes localités en des moments exactement identiques à ceux où les perturbations les plus marquées se produisaient à Bossekop en 1882—1883. L’autre classe de vecteurs, marquée d’un cercle noir sous la pointe de la flèche, se rapporte à des moments différents pour des différents endroits, ceux où pour chaque endroit donné avaient lieu les perturbations les plus considérables, sans pour
Vid.-Selsk. Skrifter. M.-N. Kl. 1901. No. 1. 2
t8 KR. BIRKELANt). M.-N. Kl.
cela que des perturbations spéciales se produisissent au même moment à Bossekop.
13 . Le tableau i contient les données se rapportant à la fi g. i, pl. II.
Les tableaux 2 et 3 contiennent les données relatives aux vecteurs de la première classe (voir plus haut) pour les jours-termes de 1882 — 1883.
Au tableau 4 en trouvera les données pour les vecteurs de la 2me classe.
Tableau 1.
'Bessekop, hiver 1899—1900.
Jour
Temps de Greenwich
ex
Décembre
Janvier
Ir 5
Février
1901 . No. I. PHÉNOMÈNES DE MAGNÉTISME TERRESTRE.
Jour
Temps de Greenwich
om
Février 20
Mars 6
Février 11
KR. BIRKELAND.
M.-N. Kl.
Tab-
Mois
Bossekop
Jan Mayn
Jour
Temps
de Gôttingue
Dp .
Dp .
Hp
Octobre
Novembre
iS
Décembre
Janvier
no
iS
Février
Mars
1901 . No. I. PHÉNOMÈNES DE MAGNÉTISME TERRESTRE.
leau 2.
d’hiver.
Fort Rae
Christiania
Pawlowsk
K R. BIRKELAND
M.-N. Kl.
Tab-
Mois
Bossekop
Jan Mayn
Jour
Temps de
Dp . IOÜ
Hp . io 5
io 5
Gôttingue
Août
Septembre
Avril
Mai
4 no
Juin
Juillet
