CHAPITRE II

IIEGHERCIIES SUR LA SURFACE DU SOLEIL AVEC LA SIMPLE LUNETTE ORDINAIRE.

Importance de l'invention des lunettes. — Lo XVII* siècle se distingue brillamment ae ceux qui le précèdent par les découvertes fondamentales de Kepler et de Newlon ; or il a vu éclore une troisième découverte, d'un autre ordre, mais d'une importance au moins égale, qui est l'invention des lunettes, et i|ui même précède de plusieurs années les deux autres, mais sans avoir exercé sur elles une influence appréciable.

L'invention des lunettes ouvre une ère nouvelle en Astronomie. Le principal obstacle à Tétude des astres est leur éloignement que la lunette réduit justement dans de larges proporti(»ns. L'œil, comme on sait, est lui-môme une petite lunette, longue de 20""" ; le cristallin est sa lentille et forme une image de l'objet sur la rétine, exactement comme sur le verre dépoli d'un appareil photographique. Inversement, une lunette peut être considérée comme un œil agrandi. Une lunette de 20*", mille fois plus longue que l'œil, a, toutes choses égales d'ailleurs, une puissance mille fois plus grande ( ' ).

( • ) Il faut ajouter, toutes choses égales d'ailleurs, c'est-à-dire, les surfaces optiques étant de même

Appliquée aux observations de position, la lunette a accru largement leur précision ; elle a permis de reconnaître, d'une part, les plus petites irrégularités dans le mouvement du Soleil et des planètes, et d'autre part les petits écarts des étoiles jusqu'alors considérés comme immuables sur la sphère céleste, et leur division fréquente en étoiles doubles ou multiples.

En Astronomie physique, son rôle est capital; on peut dire que l'étude physique du Soleil a commencé avec la lunette, et a progressé avec ses perfectionnements successifs en grandeur et en qualité.

Découverte des taches du Soleil. — C'est en 1610 que Galilée dirige le premier une lunette sur le Soleil ; il découvre les taches, leur déplacement continu par rapport aux bords et donc la rotation de Tastre, qui, point important, a le même sens que la révolution des planètes autour du Soleil.

Cette première observation du Soleil a été pénible, a cause du grand éclat de l'astre que l'œil ne supporte pas sans dommage. Une petite lentille, comme on sait, allume à son foyer les corps combustibles ; si même la lentille est très

qualité, le rapport de l'ouverture à la longueur étant le même. Le cristallin de l'œil est une lentille imparfaite, qui a des défauts d'achromatisme et d'aplanétisme ; la vision est nette seulement lorsqu'on utilise la partie centrale du cristallin.

grande et de très court foyer, les substances les plus réfractaires fondent comme dans Tare électrique. Or Galilée n'avait pas les verres colorés ou noircis, qui diminuent l'éclat de la lumière ; et il ne connaissait pas la méthode simple, employée couramment de nos jours, qui consiste à projeter l'image agrandie sur un écran. Il est mort aveugle du fait d'avoir trop regardé le Soleil.

Premières discussions sur leur nature. — La priorité de la découverte des taches lui a été contestée, mais il a eu tout au moins le mérite de prouver le premier que la tache est liée au Soleil et est partie intégrante de sa surface. Ses adversaires l'attribuaient à de petites planètes nouvelles circulant autour du Soleil; ils étaient imbus des préjugés anciens sur la perfection idéale du Soleil, et répugnaient à l'idée qu'il pût être terni. Le Soleil est l'œil du monde, disait Jean de Tarde, et l'œil du monde ne peut souffrir d'une ophthalmie.

Une fois le fait bien établi, une nouvelle discussion commence sur la nature même de la tache, sur les causes qui produisent cet obscurcissement local, divisé en deux parties distinctes, Tombre et la pénombre. Les uns attribuent la tache à un nuage de condensation, les autres à une scorie. Galilée penchait pour le nuage, mais chacun resta sur ses positions. Cette discussion est intéressante surtout parce qu'elle montre l'orientation nouvelle des esprits. L'astronome suit dès à présent la voie naturelle et

cherche à expliquer les faits solaires par des phénomènes terrestres bien connus et amplifiés seulement pour tenir compte de la masse énorme du Soleil et de sa température évidemment très élevée.

Cependant, il vaut mieux le dire de suite, la question posée dès le début est encore pendante, après trois cents ans d'observations. La nature et la cause des taches ne sont pas encore exactement connues, bien que les explications et les hypothèses n'aient pas manqué. L'étude continue des faits a seulement permis d'écarter beaucoup d'hypothèses inadmissibles, et de resserrer dans un cercle de plus en plus étroit les explications possibles.

La tache est d'ailleurs intimement liée aux phénomènes principaux de la surface et de l'atmosphère du Soleil ; et une discussion sérieuse de ses origines n'est possible qu'après une étude complète du Soleil entier.

Liavion des taches et facules. Importance plus grande des facules. — Les taches sont toujours plus voisines de l'équateur que des pôles; en général, elles sont confinées entre les parallèles de 5° et 3o° ; et leur durée, très variable, est comprise entre quelques jours et deux mois.

De plus, et c'est là une des particularités les plus curieuses, la matière solaire qui entoure la tache est toujours plus brillante que le fond moyen de l'astre. La partie la moins brillante est ainsi toujours associée à une partie plus

brniaiïle, apfmlée fat-uta. 0\\ les faciilcs sont UeMueoup plus nombreuses que les tâches^ ei

Soloil du y:i BBpt(îmbro iS'ju^ d'ajjiés un© phulographia do Rtitherford.

c'est au milieu d'une facule que la Lacho prend naissance, se dévcleppo el RnalomcnL disparaît, La faculc la précède cl lui survit ; elle repré-

sente donc on phénomène plus persistant, plus important que la tache ; et c'est sur elle qu'il convient surtout de porter ses efforts et ses recherches, quoique la tache, beaucoup plus facile à voir, attire d'abord l'attention.

La facule, eneffet, n*cst aisément visible qu au bord de Tastre; au centre, elle est masquée le plus souvent, surtout pour un œil qui n'est pas exercé. Ces différences sont indiquées à peu près dans la figure i ci-contre qui représente l'image du Soleil photographiée un jour où les taches étaient nombreuses. Voir aussi la figure 2.

Après Galilée et la première curiosité provoquée par sa découverte, l'étude du Soleil et des taches fut à peu près délaissée pendant ane longue période de i5o ans. Les taches, au premier abord tout au moins., sont très capricieuses ; elles apparaissent et disparaissent sans causes appréciables et ont les formes les plus irrégulières. Ces variations déroutaient les astronomes d'alors, habitués aux belles vérifications régulières de la Mécanique céleste. Ne vous attardez pas trop aux taches, disait Lalande à un jeune débutant, c'est un phénomène qui n'a pas de loi.

Les taches sont des cavités et les focales des élévations. — Il faut aller jusqu'à l'année 1776 pour constater un résultat nouveau sur le Soleil. Wilson annonce que les taches sont des cavités de la surface de l'astre ou photosphère ; car la pénombre opposée \\ l'un des bords supposé

ciel, reconnaît que les facules correspondent au contraire à des élévations au-dessus de la surface moyenne. Elles montrent en effet souvent une saillie au bord solaire ; mais Tobservation est difficile et exige un instrument d'ouverture notable, car la saillie est très faible.

Ces deux résultats, qui se complètent, sont fort intéressants ; ils décèlent les inégalités de la surface solaire qui s'accordent avec les inégalités d'éclat, aisément explicables par l'absorption plus ou moins forte de vapeurs interposées. La facule, qui est une élévation, ne ressemble pas en général aux chaînes de montagnes terrestres, formées de bandes parallèles. Elle est plutôt comparable à un cône d'éruption, duquel divergent des chaînons concentriques formant des lignes dentelées ; la tache en serait le cratère. Voir la figure 2 ci-dessus. Ce rapprochement avec les volcans terrestres a été fait par les premiers observateurs : il correspond à une des explications les plus plausibles des taches solaires.

Structure granulée de la surface, — Herschell, avec son grand télescope, étudie aussi la structure de la surface moyenne, qui n'est pas continue ; avec un grossissement moyen, elle a l'aspect d'une peau d'orange, et, lorsque le grossissement augmente, elle apparaît formée de nodules brillants, plus tard appelés grains, qui se détachent sur un fond plus sombre. Les grains,

ronds, en général, sont souvent allongés près des taches, et forment des ûles bien distinctes dans la pénombre. Tous ces détails importent pour la reconnaissance de la nature de la surface.

Vitesse de rotation décroissante de Véquateur aux pôles. — A ces faits curieux on peut joindre un autre résultat fort intéressant sur la surface solaire, dû à Carrington (i853-i86i). Il est de beaucoup postérieur et présenté sans souci de l'ordre chronologique.

La durée de rotation du Soleil, déterminée avec les taches, offrait des différences notables suivant les observateurs, et ces divergences étaient attribuées à l'irrégularité des taches, passée alors en axiome. Or Carrington montre que cette irrégularité suit en réalité une règle simple. La durée de rotation croît d'une manière continue, avec la latitude de la tache ; elle augmente de Téquateur aux pôles ; de a5 jours à l'équateur, elle est de ';»7,5 jours à la latitude de 45**. Cette loi curieuse de rotation, incompatible avec une surface solide, a été vérifiée par d'autres méthodes qui permettent d'affirmer qu'elle s'applique bien à la surface elle-même; d'ailleurs, elle a été retrouvée, quoique beaucoup moins accentuée, sur la surface visible de la planète Jupiter.

Découverte de la périodicité des taches par Schwabe. — Les recherches précédentes, poursuivies dans les Observatoires pendant plus de

200 ans, ont donné des résultats fort intéressants, mais qui se rapportent surtout à des points de détails. Il était réservé à un simple amateur d'astronomie, Schwabe de Dessau, d'indiquer une loi simple et générale qui règle la distribution des taches dans le temps, et qui, même, étendue peu à peu, embrasse l'ensemble des phénomènes solaires.

Schwabe, qui disposait des moyens d'un amateur ordinaire, a relevé pendant 43 ans (de 1826 à 1869), avec une patience inlassable, les taches du Soleil, en proûtant des loisirs que lui laissait sa profession d'apothicaire. En i843, il annonce que les taches ont de grandes variations périodiques, avec une période voisine de 10 ans; et, en i85ï, après avoir vérifié de nouveau le phénomène, il le présente avec une certitude nouvelle.

Certes une tache, prise isolément, est irrégulière, aussi irrégulière qu'une nuée de notre ciel, mais les taches considérées dans leur ensemble, sur une longue étendue de temps, présentent une régularité manifeste, comme il arrive pour la loi des grands nombres.

Pendant 3 ans, elles augmentent progressivement, restent stationnaires un an ou deux, puis diminuent pendant les 6 ou 7 années qui suivent, pour reprendre indéfiniment le même cycle de variations. .

Au moment du maximum, la surface solaire offre toujours des taches dont le nombre est compris souvent entre 25 et 5o. Au moment du

minimum, plusieurs semaines peuvent s*écouler sans qu'aucune lâche tip{)arais8C.

Rapprochement avec /ef étoiles variables. — Humboldt, frappé par la valeur de la découvorle, se lit son champion auprès du monde savant (Iroisièiuo Livre du Cosmos). Son importance est, on effet, considérable; elle laisse entrevoir que le Soleil n'a pas la constance de clialeur et de lumière admise jusqu'ici, mais qu'il est probablement une étoile variable. La courbe de variations des taches et la courbe des changements d'éclat des étoiles variables, ont d'ailleurs la même allure caractéristique; dans les deux cas, la croissance est plus courte que la décroissance.

LaloideSchwaboaétévérifiéedepuisdetoules les manières; elle apparaît avec la même netteté, que l'on coniple simplement les taches, on que l'on mesure avec soin leur surface totale avec dos appareils précis, comme on le fait à Greenwich depuis 4o ans. Wolff, de Zurich, a réuni tontes les observations, sur les taches, antérieures à i85o, éparses de tous les côtés, et a pu rcconsliluer leurs variations pendant près de i5o ans. La période n'est pas absolument constante, et sa valeur moyenne est de 1 1 ans -J^.

accord général des variations des taches avec les variations du magnclismc terrestre. — Au moment où la périodicité clos taches s'im-

posait à tous, c'est-à-dire en i85i, Lamont, de Munich, annonce la périodicité d'un autre phénomène au premier abord tout différent, car il est seulement terrestre et concerne les variations de l'aiguille aimantée.

L'Union internationale pour l'étude du magnétisme terrestre, organisée en 1826 sous l'impulsion de llumboldt et de Gauss, avait âé}h porté ses fruits, et sur les cinq continents s'étendait un réseau d'observatoires chargés de mesurer aussi continûment que possible les éléments magnétiques. Uaiguille aimantée, comme on sait, n'est jamais fixe; la force qui la maintient à peu près vers le Nord varie constamment en grandeur et en direction; elle a ses oscillations diurnes, annuelles, séculaires, heureusement très faibles. Or, Lamont constate que l'amplitude de l'oscillation diurne, relevée à Gôttingue et Munich de i835 à i85o, a nettement des variations périodiques avec une période voisine de 10 ans |.

L'année suivante, Sabine (i852), l'organisateur des stations magnétiques anglaises, reconnaît la même périodicité dans d'autres oscillations de l'aiguille, accidentelles, mais beaucoup plus fortes (allant jusqu'à plusieurs degrés), qui ont été appelées par Humboldt orages magnétiques. Elles surviennent brusquement sans cause apparente sur la Terre entière et durent plusieurs heures. Mais Sabine va plus loin, il compare le nombre des orages magnétiques au nombre des taches solaires et trouve qu'ils varient

Minultanéinent dans le môme sens (*); ils ont la mi^ine péricxle vérifiée par toutes les obser-

Fig. 3.

Comparai sua entre les variations des taches et les variations de l'oscillation diurne do Taiguilie aimantée.

valions ultérieures. Do môme aussi Tamplitude

( • ) Presque en même temps, cette relation était signalée aussi en France par Gautier et on Suisse par Wolff.

de l'oscillation diurne étudiée déjà par Lamont, et le nombre des aurores boréales, ont exactement aussi la loi de variation des taches. Wolff, de Zurich, a publié des courbes, reproduites cicontre {fig. 3), qui résument les observations d'une longue série d'années. Le parallélisme des variations de la surface solaire et du magnétisme terrestre est frappant à première vue.

Accord moins net pour une tache isolée et une perturbation magnétique isolée, — La double découverte de Schwabe et de Sabine, d'une importance capitale, a excité une émotion légitime; elle dévoile un lien curieux, jusqu'alors insoupçonné, entre le Soleil et la Terre. L'action subie par nos aimants peut émaner directement du Soleil et de la tache, ou tenir à une même cause qui agit simultanément sur les deux astres (^). Probablement la cause première réside dans la tache elle-même ou dans son entourage immédiat. Car le passage des très grosses taches près du centre du Soleil est accompagné le plus souvent de perturbations magnétiques terrestres qui, parfois même, sont tellement fortes que les communications télégraphiques sont a^rrôtées pendant plusieurs heures sur la Terre entière.

(*) La question a été discutée par Marchand et récemment par Sydgreaves, Gortie, Schuster et Maunder. Ce dernier a conclu que l'action exercée sur les aimants terrestres émane directement du Soleil.

Mais, d'une manière générale, la grandeur de la perturbation n'est pas proportionnelle à la grandeur de la tache; si une corrélation absolument étroite est certaine pour l'ensemble des deux phénomènes, elle est encore douteuse pour une tache isolée et une perturbation magnétique isolée. Le désaccord peut n'être qu'^apparent, car la tache est simplement le phénomène solaire le plus frappant et le plus facile à reconnaître; son entouraj^o et surtout l'atmosphère au-dessus d'elle, dont il sera question au dernier Chapitre, sont le siège d'autres phénomènes, non exactement proportionnels eux-mêmes à l'ombre de la lâche, et auxquels l'action sur les aimants terrostres peut être imputée. Le problème sera résolu seulement par des recherches plus nombreuses et plus étendues.

La périodicité s' étend-elle aux autres éléments terrestres? — Cependant, de toutes les questions que soulève l'étude des taches, la plus imporlante assurément, la plus utile, est la variation présumée du rayonnement solaire, variation qui doit influer sur toutes les choses terrestres. 11 convient de lui consacrer aussitôt quelques lignes, au moins très brèves, sans s'attacher à l'ordre chronologique ou aux limites du cadre de cette Note.

La variation simultanée des taches et des aimants terrestres est bien constatée ; mais , comme nous ignorons le mécanisme spécial qui assure cet accord et le rôle probablement

non négligeable de Talmosphère terrestre interposée, il est difficile de prévoir sa répercussion exacte sur les éléments météorologiques, pour nous les plus intéressants, lels que la température, la nébulosité, le régime des vents et des pluies en un lieu donné.

La question, cependant, a été soulevée bien avant la découverte de la périodicité et par le grand Herschell lui-même qui, en 1800, avait affirmé d'une manière saisissante l'influence du Soleil, en déclarant que le prix du pain était réglé par ses taches. L'examen précis des faits ne vérifie pas une dépendance aussi étroite; mais, très probablement, tous les éléments terrestres sont plus ou moins affectés dans le sens de la période undécennale.

Plusieurs auteurs ont annoncé, en effet, un accord avec les variations des taches pour la température moyenne en un lieu donné (*)» 1© nombre des orages et la quantité de pluie.

Mais les résultats présentés de divers côtés sont parfois contradictoires, probablement parce que les influences locales et les perturbations qui en résultent ne sont pas suffisamment éli-

(^) En France, Flammarion et Nordmann ont étudié les variations de la température moyenne. Ce dernier a confirmé, avec dès documents plus complets, le résultat suivant de Koppen : dans les régions tropicales, la température moyenne varie un peu avec les taches et est plus petite au moment de leur maximum.

minées. Uno conclusion nette et décisive sera fournie, semblo-t-il, par des recherches étendues à de plus vastes régions de la Terre.

Variations du rayonnement solaire total.

Résultats récents de Ixingley et Abbot. — J priori y il semble plus simple d'attaquer directement le problème, et de rechercher les variations du rayonnement solaire total. Mais la mesure de la quantité totale de chaleur envoyée par le Soleil aux limites do notre atmosphère est très difficile; abordée en i838 par Pouillet, poursuivie depuis avec les appareils plus parfaits de Violle, Langley, Crova, K. Angstrôm. elle n'est pas encore déterminée avec une précision suffisante. L'absorption par notre atmosphère, très complexe comme on le verra plus loin, et très variable elle-même, masque aisément les petits écarts que peut présenter le rayonnement solaire.

Langley, qui a consacré trente années de sa vie à la question, dans un Mémoire récent publié un peu avant sa mort, constate que la variation présumée du rayonnement total avec la période solaire n'est pas encore sûrement décelée par Tobscrvation, mais il annonce d'autres résultats d'un intérêt peut-être encore plus grand. Les mesures du rayonnement total, faites dans une même année, dans son observatoire de Washington, et corrigées le mieux possible de Tabsorption par notre atmosphère, ont parfois des différences qui atteignent la

dixième partie de leur valeur; et Langley estime qu'elles sont dues à des variations de l'atmosphère solaire elle-même. Et. en effet, son collaborateur Abbot annonce peu après que l'augmentation du rayonnement correspond à une diminution du pouvoir absorbant de l'atmosphère solaire, mesuré directement, et à une augmentation do la température dans l'hémisphère nord de la Terre. Ces résultats sont présentés seulement comme probables, mais ils ont un tel intérêt que tous les astronomes physiciens s'en occupent à l'heure actuelle; et, bientôt, grâce à la réunion des efforts, la question sera élucidée d'une manière complète. A priori, l'atmosphère solaire doit avoir, comme la nôtre, un pouvoir absorbant variable, et cette remarque fait ressortir la grande importance des recherches sur l'atmosphère solaire.

Découvertes récentes sur la répartition des taches et facules. — Depuis la découverte de la périodicité, le relevé des taches est fait avec le plus grand soin dans plusieurs établissements par l'observation oculaire (*) ou photographique. Il comprend à l'heure actuelle au moins sept périodes successives (si l'on remonte aux premières observations de Schwabe).

(*) En France, Guillaume, à l'Observatoire de Lyon, publie le relevé précis des taches fait avec l'œil.

Cette belle série de mesures précises a révélé des faits nouveaux fort intéressants sur la répartition des taches dans une même période et sur la succession des périodes.

Sporer (1880) a annoncé que les taches, d*un minimum au suivant, so rapprochent peu à peu de Téquateur, que, finalement, elles atteignent. De plus, deux ans avant le minimum, un second groupe distinct apparaît aux latitudes élevées (vers 3o"), cl le fi:roupo précédent de réqualcur s'évanouit aussitôt que le minimum est dépassé.

Wolfer (1904) do son côté a étudié leur répartition en Ion{iilude. Les taches ont une tendance à se concentrer sur certains méridiens, et môme parfois sur des méridiens opposés.

Enfin, Lockyer et Shusler (1900 à 1906) ont annoncé l'exislenco de périodes plus grandes et plus peliles, superposées à la période undccennale (*). Même Shusler a remarqué que toutes ces périodes sont reliées entre elles par une loi simple.

D'autre part, les facules, qui, à certains égards, offrent un intérêt plus grand que les taches, sont relevées on môme temps et avec le môme soin. D*une manière générale, elles

(^) Déjà, auparavant, WolfT, de Zurich, pour expliquer les variations de la période undécennale, avait admis comme très probablo la superposition d'une période plus longue, comprise entre 5o et 60 ans.

suivent les variations des taches et sont liées à la période undécennale. Mascari, qui a étudié leur distribution en latitude, signale un maximum principal, qui se déplace avec les taches, et un maximum secondaire, près des pôles, qui disparait au moment où les taches diminuent fortement.