HAUTEUR DE L'AURORE BORÉALE AU-DESSUS DE LA SURFACE DE LA TERRE

Méthodes et déterminations générales.

On a fait un grand nombre d'observations sur la hauteur de Faurore boréale au-dessus de la surface de la Terre, qui malheureusement ont donné des résultats très peu concordants.

Les méthodes suivies j)Our déterminer cette hauteur peuvent èlrc classées dans l'ordre suivant :

Première méthode. — La hauteur de l'arc de l'aurore boréale est déterminée, en même temps, en deux stations A et B, situées à peu près sur le même méridien, et dont on connaît la distance qui les sépare. Les résultats obtenus sont calculés d'après la formule de M. Hansteen.

Deuxième méthode. — On observe un point bien caractérisé de l'arc, et de deux stations A' et B' situées sur des méridiens différents l'on détermine la hauteur du point et l'azimut des lignes de vision.

Troisième méthode. — La hauteur et retendue de l'arc lumineux sont mesurées d'une station. En supposant que cet arc fasse partie d'un cercle lumineux situe dans le même plan et ayant son centre au voisinage du pùle magnétique, on cherche une formule par laquelle on puisse calculer la hauleui- au-dessus du sol (Note 11).

Quatrième méthode. — La hauteur peut aussi être évaluée en la comparant avec quelcpies ol)jets terrestres : montagnes, nuages, etc.

Remarques sur les méthodes.

La première mélhode demande nécessairement que les deux olDservateurs placés aux stalions A et B voient réellement au même instant le même phénomène, c'est-à-dire que l'aurore boréale soit telle qu'on paisse se figurer son arc comme une partie d'une bande lumineuse relativement mince dans toutes les directions.

La seconde méthode suppose une oliservation simultanée des deux stations et que le même point de l'arc soit visé.

Pour la troisième mélhode, il faut faire toutes les suppositions (ju'a faites M. Nordenskiùld et que nous avons exposées brièvement (p. 3,"j).

Mesures des di O'é.i-ents savants. — ■ Les résultats que donne l'application de ces trois méthodes sont tout à fait différents, (jilbert obtient par des observations faites à Berlin et à Halle

(22 octobre i8o4)

tandis que le baron Wrede, dans la Suède, trouve pour le même phénomène une hauteur de

Ainsi T. Bergman a trouvé, en calculant ses observations personnelles et celles de plusieurs savants célèbres, faites en différents endroits du milieu de l'Europe (de i J26 à 1-64), une hauteur de

variant entre les limites

(iCaj"^'" et aiS"^'").

Dalton donna en 1820 pour hauteur

(iG3-); Cavendish obtint le résultat

(118'^'", 7 à S'i"^'"); Potier, par des observations assez sures, de (107''", 5 à 9G'''",5);

Airy obtint en i833 de

Mesures françaises à Bossekop et Juin-ig. — D'après les

observations (4 el 1 1) faites sous la direction de Bravais pendant le

voyage de la corvette française la Recherche en i83(), la hauteur

a été tx'ouvée égale à

Ces observations méritent une attention spéciale, ayant été faites avec beaucoup de soin. Les deux stations Bossekop et Jupvig, où elles se firent, sont situées à une distance de i 5*"", Gaa dans la direction du N.-S. 16" E.

Sept observations simultanées ont clé faites. Elles donnèrent, après avoir été réduites au même horizon, les résultats suivants :

Slalion ilii S. Slalimi du N.

Uossokop. Jupvig. Parallaxe,

fi 9-20 10.23 1-4

Parmi ces observations les numéros (i) et (4) ont été rejctés comme impossibles, parce que lare d'aurore boréale s'est montré plus bas vu de la station nord que vu de la station sud.

En réduisant (3) et (5) à Thorizon nord et prenant la moyenne, on obtient pour

Bossekop. Jupvig. Parall. moy.

et comme hauteur

Nous voulons seulement faire remarquer que cette manière d'utiliser les observations n'est pas justifiée et nous y reviendrons plus lard.

Mesures de Loomis en Amérique. — Nous avons, pour l'Amérique du Nord, les déterminations faites par M. Loomis (i) en deux, circonstances où l'aurore boréale apparaissait avec une splendeur exceptionnelle, et avait une étendue si considérable qu'elle embrassa une grande partie du nouveau monde.

En 1809, le 28 aoûl, on put observer de plusieurs endroits de rAmérique septentrionale une aurore boréale magnifique. En clioisissant parmi les points d'observation ceux qui sont situés sur le même méridien et séparés l'un de l'autre par une distance suffisante, on put fixer approximativement la liauleur d'après la première méthode. Les mesures comprenaient la hauteur des limites inférieures et supérieures de l'arc au-dessus de l'horizon. Le phénomène s'étendait sur la Virginie de 36 '4o' à 38" 5o' de latitude. Le calcul donna pour le bord inférieur 'jo'^'" et pour le bord supérieur jusqu'à 800'^"'.

Le 2 septembre de la même année, apparut de nouveau une aurore boréale très développée, dont la hauteur fut déterminée de la même manière et qui donna pour le bord inférieur de 23'"" à ^o''"", et pour le bord supérieur 'j3o'^"' (4)- Cette fois-ci, le phénomène se montra au-dessous de Cuba et de la Floride de 22"3o' jusqu'à 25" i5' latitude N.

Dans ces déterminations, la distance entre les stations était environ de 2()o'''". Aux stations situées jdus au nord, on vovait à chacune des deux détenuinations l'aurore boréale au zénith, et aux stations plus méridionales l'aurore apparaissait à quelques degrés au-dessus de l'horizon.

Comme nous l'avons vu (p. 3G), M. Ad. ISordenskiold olitint une hauteur de i()i'"', en raison des suppositions cju'il avait faites. Nous trouvons dans les déterminations que nous venons de citer, et dont le nombre pourrait être encore plus grand, que la hauieur a presque toujours surpassé '-5''"'.

Il v a cepejidant, dans les observations anciennes, des mesures qui donnent une hauteur bien plus petite.

Mesures de CJiristie et Fai-quliarson. — Ohservalioiis diverses.— Ainsi, d'après dilTérenles observations^ Chrislie obtint une hauteur de 7''"', 4, et Farquharson (en i83()) ne trouva que 752'".

Toutes les déterminations précédentes sont fondées sur des mesures directes. En plusieurs occasions et surtout dans les contrées polaires, les évaluations de la hauteur ont été faites en comparant le phénomène à des objets terrestres. On pourrait citer un grand nombre de ces comparaisons, mais nous nous bornerons à quelquesunes parmi les plus sûres.

Le célèbre invesligateur des contrées arctiques, Ross, trouva en plusieurs occasions en Amérique, comme les savants français à Bossekop et à Jupvig, que la lumière polaire se montrait entre l'observateur et des hauteurs voisines. Bravais a prétendu que ces observations étaient des illusions, mais les motifs qu'il donne ne sont pas admissibles.

On a encore dans le nord-ouest de TAmérique des observations sûres dans ce sens-là.

Henry Bannister observa, le 23 août 1866, à Saint-jMichael (63° lat. N.), entre Aljaska et le détroit de Behring, une couronne d'aurore boréale rayonnant de tous côtés, tandis qu'un nuage couvrait tout le ciel à l'est. Devant ce fond sombre les rayons parurent plus brillants qu'ailleurs; ainsi ils ont dû se trouver entre l'observateur et le nuage, à environ 10^'" de la Terre. H, Bannister avait déjà observé un phénomène semblable au mois d'octobre i865.

A Alouluk (64" lat. N.), près du détroit de Norton, Pease et Ketchum virent (en novem])re i8G5) l'aurore boréale contre la pente d'une montagne située à une distance d'environ 30*"". On voyait distinctement la cime de la montagne au-dessus du phénomène de lumière. La température était de 34° et la lumière si forte qu'on pouvait lire même l'écriture la plus fine. Un pétillement extraordinaire se fit entendre en même temps. Les observateurs étaient des employés du télégraphe; leur récit mérite toute confiance. Celui qui a rapporté ces dates dit qu'elles concordent avec des observations faites par d'autres voyageurs dans les contrées arctiques et qu'on n'a aucun droit d'en douter.

Parry, Franklin et Hardisty sont d'accord pour affirmer que l'aurore boréale se montre dans la région des nuages et au-dessous. Weyprecht se prononce, à l'appui de nombreuses observations, pour que l'aurore boréale apparaisse à des hauteurs bien différentes, mais pas très grandes. Aux îles de Shetland, dans la Norvège septentrionale, et au Spitzberg, plusieurs observations semblables ont été faites.

Au Spitzberg et au nord de la Laponie finlandaise, nous avons eu l'occasion de vérifier ces observations. Comme nous l'avons dit au commencement de ce Mémoire, on a parfaitement vu de magnifiques phénomènes d'aurores boréales, dont la hauteur ne dépassait pas celle de la région des nuages.

5o CHAPITRE IV.

Pendant les voyages de 1868-70 (i4), des lueurs fréquentes se produisaient autour des sommets des montagnes de l'île d'Amsterdam, au Spitzberg, et de la Laponie ; le spectroscope montra qu'elles étaient de la même nature que l'aurore boréale.

A cette catégorie appartiennent aussi les singuliers phénomènes de lumière blanche jaunâtre que l'on remarqua près de la surface du sol en Laponie finlandaise, pendant l'automne et l'hiver de 1 882-83.

Des ])]iénomènes semblables ont été observés et rapportés par les navigateurs dans la mer Glaciale.

Mesures danoises faites à Godlhaah. — Les mesures de la hauteur de l'aui'ore boréale faites à Godthaab confirment de la manière la plus éclatante la justesse de ces observations. L'ingénieur danois Fritze s'exprime ainsi (i5) :

« Contrairement aux nombres élevés qui ont été obtenus pour la bauteur de l'aurore boréale, je puis présenter des nombres très petits fondés sur des déterminations exactes et simultanées. De deux stations situées sur la même ligne horizontale, à quelque dislance l'une de l'autre, on a visé le bord inférieur de l'aurore boréale.

» Le i5 mars, la détermination faite à Ivigtut (61" 1 5' lat. N., 48" 3o' long. O.) donna pour la hauteur de l'aurore boréale G5o pieds au-dessus de la surface de la mer et à une distance de 1700 pieds de l'observateur. Le 26 février de la même année, on obtenait 170 pieds pour la hauteur à la distance de 38o pieds de l'observateur.

» Il n'est pas rare que l'aurore boréale suive les contours des montagnes et des vallées du paysage au-dessus duquel elle apparaît. »

jNL Paulsen rend compte comme il suit des belles observations que faisait l'expédition polaire danoise sous sa direction, à Godthaab, 1882-83 (16).

« En octobre et décembre, l'expéditioa a effectué plusieurs déterminations relatives à la parallaxe des aurores boréales. La distance entre les deux points d'observations mesurait 58'"" et leur ligne de jonction coïncidait avec le méridien magnétique. On n'a effectué de mensurations cpie dans le plan vertical contenant les deux stations. Les observations ont été faites synchroniquement

HAUTEUR DE L'AURORE BORÉALE. 5r

à laide de signaux, lumineux préconcertés; on s'est borné à mesurer la hauleur du bord intérieur des bandes aurorales, car c'est presque toujours la ligne la plus nette.

» Pendant les soirées mentionnées, nous avons en tout mesuré la hauteur de 82 bords.

» Les résultats ci-dessous montrent que les limites inférieures des aurores boréales peuvent être beaucoup plus basses qu'on ne l'admet généralement.

» Ainsi, sur Irentc-deux bords d'aurores mesurés de la sorte, on constata que dix seulement avaient une parallaxe inférieure à 1"; pour cinq bords, la parallaxe était de i" à 2"; quatre avaient 3" à 4" de parallaxe; trois entre o"* et (3"; pour quatre, elle fut de ^" à 8" et enfin pour six bords, respectivement de 10", 1 j", la*^, i-°, 8(5' et i43'.

» En négligeantles aurores dont la parallaxe est inférieure à i", nous avons trouvé pour les vingt-deux autres bords inférieurs les hauteurs sui\antes :

km km

38 , 07 3 . -.Il

» Les huis hauteurs de i'"",9(), 2''"',8j et '.j^"',[i'i correspondent à la même bande dont les mensurations furent séparées par des intervalles de 3 minutes. Les deux aurores à i''"',35 et o*"",*)! de hnuleuv planaient sur le golfe entre les deux points d' observa lions.

)> De la station la plus au sud, on les vit à des hauteurs respectives de i3",() et 3o",3 au-dessus de l'horizon nord. La station la plus au nord trouva pour hauteurs au-dessus de l'horizon sud 80', j et 7", 3. Ces deux aurores-là et la lioisième précitée, doiii \.i hautfMii- a été mesurée trois fois, avaient la forme de rideaux à nombreux plis.

» Relativement à la faible hauteur à laquelle les aurores boréales peuvent apparaître à Godthaab, je ferai remarquer qu'outre moi trois observateurs croient tous avoir eu des signes qui constatent l'apparition des aurores au-dessous des nuages. Dans ce nombre, il faut encore ranger M. Kleinscbmidt, observateur depuis longtemps familier avec les détails des aurores.

)) Relativement à ce qu'on a cité à propos de la faible hauteur de l'aurore boréale dans sa région propre, je communiquerai cpielques observations sur les brouillards, qui semblent être lumineux par eux-mêmes, observés pendant le séjour de l'expédition à Godthaab. Le 21 août 1882, à i*'45'" (t. h), on remarqua dans le nord-est une lumière verte d'un éclat pur derrière les sommets des hauteurs les plus rapprochées dans ladite direction; cette lumière était à une faible hauteur, car le sommet de la Selle (montagne d'environ 1200™ de hauteur) s'apercevait distinctement au-dessus de la surface lumineuse, qui ressemblait à sy méprendre à une nappe d'eau éclairée par la Lune. Le phénomène se dissipa promptement sur ce point, tandis cju'une lueur dans les nuages au nord-ouest, se maintint un peu plus longtemps. A 2''45'" apparut au sud une lueur cjui ressemblait tout à fait à la lumière du jour naissant; elle se contracta bientôt en une nuée allongée, faiblement lumineuse, qui se déplaça lentement sous le Hjortetakken et la Grande Malène (') dont les sommets se dessinaient avec netteté au-dessus de la nue lumineuse ; elle présentait parfois de petites lâches d'un éclat plus vif, ainsi qu'on en a constaté surtout quand elle franchissait le sommet d'une colline. A 3''4'", la nue avait atteint le versant de la Petite Malène (-) et alors la lueur augmenta subitement d'intensité ; en même temps un tourbillon brumeux d'un blanc éblouissant roula sur le sommet d'une colline au nord-est, où se trouve un mât parfaitement distinct à la vue. Au fur et à mesure que la nue glissait par derrière la colline, la lueur affectait une teinte de plus en plus jaunâtre et s'encadrait d'un ruljan coloré. A 3'' 10™, elle projeta trois rayons rouges, d'un éclat faible et (pil ne faisait que peu de saillie dans le ciel, puis le tout s'éva-

(•) Deux montagnes au sud-est et àFestclc la station, vues à8''"et i a""" de distance. Hauteurs respectives, 900" cl 1200",

(-) Petite Malène, montagne du nord-est, d'une hauteur d'environ 600"' et vue à la distance de S*"".

nouit. Le ciel était conslamment couvert d'un pallium (nébulosité lo); la Lune, au premier quartier, était couchée depuis 8''3o"' du soir précédent. »

De toutes les déterminations et des mesures précédentes on lire facilement ces deux conclusions :

1° U aurore boréale apparaît à une hauteur qui peut varier entre quelques centaines de mètres et plusieurs dizaines de kilomètres.

a"* Les plus petites hauteurs ayant le plus souvent été obtenues dans les contrées polaires, il semble que l'aurore boréale s'y montre toujours plus près de la surface de la Terre.

Discussion des méthodes employées.

L'aurore boréale est un espace lumineux. — Les déterminalions laites au siècle dernier (comme celles de Bergmann) et celles de nos jours avant donné, pour la hauteur, des nombres très élevés, il est nécessaire d'examiner si les résultats obtenus sont admissibles.

Il n'est pas douteux que les mesures aient été faites d'une manière satisfaisante; mais la nature du phénomène permet-elle d'obtenir des résultats précis, en appliquant, pour résoudre le problème, l'une des méthodes citées plus haut?

L'aurore boréale étant sans aucun doute, comme nous le montrerons dans ce Mémoire, un phénomène produit par un courant électrique dans l'atmosphère, il est clair qu'elle doit avoir, en général, une grande étendue. La théorie et l'expérience prouvent, ce que nous allons montrer, que, l'espace devenant lumineux par le courant électrique, il doit s'étendre en partie le long de la zone maximum de l'aurore boréale, de sorte que sa plus grande étendue coïncide avec cette direction. Son étendue dans le nord-sud (magnétique) et sa largeur dans le sens vertical seront aussi considérables. Celle-là doit sûrement être mesurée par des centaines de kilomètres et celle-ci par des dizaines.

Il est évident que ce j)hénomène doit se montrer aux observateurs (Oinmc un arc-en-ciel nord, quand ceux-ci sont placés au sud de l'espace lumineux. Puisque cet espace lumineux s'étend le long

de la zone maxinnim de Taurore lioréale, le point le plus élevé de l'aix doit à peu près coïncider avec le méridien magnétique qui lui est presque rectangulaire.

Cependant, comme l'intensité de la lumière dans cet espace est en général faible et subit des variations considérables dans le sens horizontal et dans le sens vertical, il est clair que la condition susdite n'est pas toujours remplie.

Première méthode.

Cas différents des positions des observateurs par rapport à l'espace lumineux. — Figurons-nous deux stations, A et B, situées sur le méridien magnétique à la distance a l'une de l'autre et telle cjue A soit plus au sud que B; les cas suivants peuvent se présenter :

1° Les deux stations se trouvent au sud de l'espace lumineux. Les observateurs placés en A et en B doivent voir, à l'horizon nord, un arc dont la hauteur et l'étendue dépendent de la distance entre les stations de l'espace lumineux et aussi de la distance a qui les sépare.

Si la dislance des stations à l'espace lumineux est grande, par exemple, égale à loo ou looo fois «, les mesures de l'étendue de l'arc donnent à peu près le même résultat pour les deux stations. La différence entre les angles que font les lignes de visée avec le plan horizontal, ou la parallaxe, devient très petite. Pour obtenir, maintenant, la hauteur avec certitude, cette petite parallaxe doit être mesurée avec une grande précision; ce qui q^t très difficile, sinon impossible, en raison des contours estompés de Tare d'aurore boréale. Comme l'intensité de la lumière dans un point de l'arc dépend de l'étendue de l'espace lumineux dans la direction de la ligne de visée, la partie la plus intense de l'arc lumineux doit paraître aux endroits oii cette étendue est la plus grande (Note III).

Celte direction étant différente aux deux stations, deux arcs, situés différemment, seront vus de A et de B, bien que dans le cas présent ils coïncident à peu près. Si les stations A elB se rapprochent de Tespace lumineux, la parallaxe augmente, mais les arcs différents qu'on voit de A et B se séparent de plus en plus, ce qui contribue de nouveau à diminuer cette grandeur.

Si rétenilue de l'espace lumineux, est grande dans le sens nordsud, les lignes de visée lendenL à devenir parallèles, ce qui donne

le résultat

h = hauteur = oo .

2" Les stations A et B se trouvent toutes les deuK au-dessous de l'espace lumineux. Quand celui-ci est très étendu au nord-sud (magnétique), les observateurs verront de nouveau des arcs différents et les lignes visuelles tendront à devenir parallèles, en supposant que rintensilé de la lumière soit distribuée également dans l'espace lumineux et que la lumière soit faible, ce qui arrive le plus souvent. Seulement, dans le cas où l'espace lumineux a peu d'étendue au nord-sud, on peut obtenir des valeurs assez approximatives; ce qui arrive aussi dans les cas précédents.

Si, par exemple, l'intensité de la lumière augmente en quelque endroit, et qu'on l'observe en même temps de A et de B, on peut obtenir la liauteur assez sûrement.

DéterminaLions à Godlliaah^ à Sodankylà et à Bossekop. — Une bonne détermination sera aussi faite lorsque les stations A et B seront à une petite distance l'une de l'autre et que l'on mesurera la hauteur du bord inférieur de l'arc d'aurore boréale. C'est pourquoi les mesures faites par l'expédition danoise méritent beaucoup de confiance, ainsi que les déterminations de M. Fritz. Mais les mesures suivantes, faites à Sodankylà, le 8 décembre 1882, prouvent cependant que, même dans ce cas, les déterminations jjcuvent devenir incertaines.

L'expédition finlandaise avait achevé tous les préparatifs et j)ouvait entreprendre une détermination de la hauteur de l'arc dans le méridien magnétique. Le fil conducteur qui était placé du nord au sud pour l'élude du courant terrestre servit en même temps au téléphone, de sorte que les observations furent faites d'après des signaux téléphoniques. Deux théodolites munis de dioptres et de cercles verticaux furent placés, l'un à la station de Sodankylà, l'autre à une distance d'environ 4*"", 5 vers le nord, près de l'embouchure du Kebijoki.

Les observations furent faites par M. Biese à la station sud, et par M. Pétrélius à la station nord. L'aurore boréale parut au nord avec une lumière douce, de temps en temps un peu changeante.

On avait au nord un arc de l'aurore et une bande ondulante, et on obtenait les angles suivants avec le plan horizontal :

Sur Ici

ord inférieur (le l'arc.

Sur le bon Station sud.

infcrieur do la bando.

Slalioii hiid.

Jiill. Maliuii noril.

station nord •