FRÉQUENCE DES AURORES AUTOUR DES POLES

de surface prise sur une quelconque d'entre elles contient toujours une quantité égale d'électricité. En rapprochant les deux sphères de sorte que la distance soit moindre en a, la répartition de l'électricité changera et la quantité de fluide répandue sur l'unité de surface en a sera d'autant plus considérable que la distance des deux sphères sera moindre. Si les deux quantités d'électricité étaient libres, la force avec laquelle elles tendent à se réunir ou, ce qui revient au même, à percer la couche isolante, serait proportionnelle aux quantités d'électricité et, comme la distance a diminué, il en résulte que la force s'est accrue en raison inverse des carrés des distances. Cette distance étant d'abord de o'°,oio, par exemple, puis réduite à o*", oo5, la force attractive dans le premier cas sera à la force attractive dans le second comme 20 est à 100, c'est-à-dire quatre fois plus grande (Note XII).

Phénomènes lumineux dans Vaiv raréfié des tubes de Geissler. — Nous avons déjà appelé l'attention sur les phénomènes lumineux de l'œuf électrique; nous allons maintenant reprendre cette étude, mais sous une forme un peu différente. Prenons un tube de verre, fermons l'une de ses extrémités à la lampe, après y avoir introduit préalablement le bout d'un fil de platine; à l'aide de la machine pneumatique, faisons le vide dans son intérieur jusqu'à ce que la pression de l'air qu'il contient ne dépasse pas le poids d'une colonne de mercure d'un demi-millimètre de hauteur; fermons ensuite l'autre extrémité après y avoir, comme tout à l'heure, fait passer le bout d'un fil de platine; nous aurons alors un tube de Geissler, qui n'est réellement qu'un œuf électrique de forme différente. En plaçant cet appareil entre les pôles d'une machine électrique en activité, celle de Holz, par exemple, le courant d'électricité traversera lentement le tube et provoquera l'apparition d'un beau phénomène lumineux, résultant de ce que les particules d'air restées dans le tube sont portées à la température du rouge.

Si, dans le tube, l'air était sec et possédait une pression comprise entre o™,o5o et o'",76o, le courant ne pourrait posséder la forme lente et l'électricité passerait sous forme d'étincelle. En effet, l'air raréfié jouit de la propriété de conduire l'électricité, et cette faculté est au contraire excessivement faible pour l'air à la nression ordinaire, surtout lorsqu'il est sec.

jiS CHAPITRE X.

Expériences avec des tubes de Geissler. — Quand on examine ce phénomène, les couleurs qu'il manifeste, la forme de sa lumière, on est frappé de sa ressemblance avec les aurores boréales. Si l'on constate quelques légères différences en opérant comme nous l'avons indiqué, ces différences n'existent plus si l'on modifie de la façon suivante le mode d'observation.

Mettons en communication avec la terre, au moyen d'un fil métallique, l'un des pôles, le pôle positif, par exemple, de la machine électrique et attachons avec un fil de cuivre recouvert de gutta-percha le pôle négatif à une sphère en laiton portée par un support isolant. Faisons agir la machine et approchons alors le tube de Geissler de la sphère. Nous verrons aussitôt dans ce tube, même maintenu à une distance assez grande, une faible lueur très distinctement visible dans l'obscurité. Le phénomène augmentera d'intensité, si nous donnons au tube une position verticale et si nous mettons son extrémité supérieure en communication avec la terre, qui jouera alors le rôle d'un immense réservoir d'électricité. Si la sphère est munie de pointes, l'effet lumineux se produira à une distance qui pourra atteindre 2'", à la condition qu'on emploiera une bonne machine et qu'on opérera dans des circonstances favorables.

Cette expérience prouve nettement que l'électricité s'échappe de la sphère et traverse la couche d'air intermédiaire, sans produire de lumière, mais, aussitôt qu'elle pénètre dans l'espace raréfié du tube, elle provoque l'appariLion du phénomène lumineux. Le courant, qui n'était point assez fort pour faire rougir les particules d'air de la couche intermédiaire, se trouve posséder une force suffisante dès qu'il atteint l'air raréfié. En outre, un examen attentif du phénomène nous apprend que la distance à laquelle le courant peut produire ces phénomènes dépend de plusieurs circonstances : d'abord de la pression de l'air contenu dans le tube; plus celte pression sera faible, plus grande sera la distance; de l'intensité du courant, c'est-à-dire de la quantité d'électricité qui s'échappe de la sphère dans l'unité de temps, et enfin de l'état hygrométrique de la couche d'air intermédiaire.

Mentionnons ici une particularité fort importante pour notre théorie, c'est que le pouvoir conducteur de l'air raréfié atteint un

FRÉQUENCE DES AURORES AUTOUR DES POLES. 129 maximum lorsque la pression a une valeur de o"\oo5 environ ('). Si Ion diminue la pression, le pouvoir condiicleur diminue aussi; il en est de munie si la pression aui;menle avec Tair sec. A o'",o4o de p.ression, il est 160 ou i jo fois ])lus petit qu'à o'",oo5, et à o'",()5o le courant cesse d'être continu et se transforme en étincelles. Il est probable que le pouvoii- conducteur de l'air sec, à la j)ression ordinaire de o"',;76o, est an moins loooo fois plus faible qu'à o'",oo5. On peut donc regarder l'air raréfié à o'",oo.") de pression comme ini conducteur de l'électricité, relativement à l'air à la pi'Cssion ordinaire ou même à une ])rcssion moindre (lu'à o'", 100 et même o"',ojo. L'air n'est donc j)oinl un isolateur aussi parfait qu'on le supposait généralement. Quant an phénomène lumineux, on serait disposé à croire qu'il se manifestera à une distance beaucoup plus grande de la sphère que le pouvoir conducteur de l'air du tube sera plus considérable, c'est-à-dire à une pression de o'",ooj; mais il n'en est rien. Le courant est, il est vrai, affaibli par la diminution qu'éprouve le pouvoir conducteur lorsque l'air est plus raréfié, mais, d'autre part, la quantité de chaleur nécessaire pour faire rougir les particules d'air a diminué, parce que le nombre de ces particules est plus petit.

Le phénomène se manifeste à une distance d'autant plus grande que l'air du tube est plus raréfié. L'électricité s'échappant également de tous les points de la sphère, il importe peu de placer le tube plutôt d'un côté que de l'autre, seulement il est nécessaire que sa direction soit dans le prolongement d'un rayon de la sphère. Si nous |)larons des tulles suivant les ravons dans toutes les directions autour de la sphère, tous deviendront lumineux en même temps.

A ppareil de V aurore boréale. — C'est sur ce fait d'expérience

(') Il iLSiUllc des rcclicrclics nouvelles de .M. I*>diund que le fait de ce maxiiiiurii aurait sa cause dans une force électromolricc qui prend naissance aux électrodes. Cette force augmentera avec la raréfaction de l'air du tube; ainsi la conclusion qu'on en tire sur le vide comme un isolateur ne serait qu'une illusion. Mais quand bien même ces nouveautés se confirmeraient, elles ne changeraient pas les raisonnements exposés ci-dessus, parce que le pouvoir conducteur de l'air augmente toujours avec la raréfaction et devient déjà considérable à o^jooj de pression.

i3o CHAPITRE X.

qu'est basée la construction de notre appareil à aurores boréales,

dont nous allons donner la description {fig. i3).

Imc. i3.

Une sphère creuse en laiton c est garnie, sur sa partie supérieure, de pointes lines fixées dans la direction des rayons; cette sphère est supportée par une tige c^lindricjue de gutta-pcrcha Ixi fixée verticalement sur la planchette MN, qui constitue avec M'iN' le pied de l'appareil. Sur ce pied se trouve une autre lige isohinte de guttr.percha (') (/<?, le long de laquelle peut glisser le bras /qui porte

(') Celle lige peul aussi èlre conslruile en i)ui;

FRÉQUENCE DES AURORES AUTOUR DES POLES. i3i i'arc lili\ tous les deux de malière isolante, auquel sont attaches dix tubes de Geissler dirigés comme les rayons de la sphère; dans ces tubes l'air est raréfié au moins jusqu'à un demi-millimètre de pression; les parties supérieures des tubes /, t' , l" et c communiquent à la terre par des fils mélalliques réunis à un bouton O relié à une conduite de gaz; P est le pôle négatif de la machine électrique dont le pùle j)osili(' est à la terre. Le premier pôle est en commuuicalion avec la sphère c par un fil bien isolé Va.

En mclLanl la machine en activité, il se produit dans tous les lubes un beau phénomène liimiueiix d'uiu; ressembhmce frappante avec l'aurore boréale. Dans des circonstances favorables, ce phénomène se produit encore à une dislance de 2'" quand on opère avec une bonne machine électrique (').

La Terre et Vatmosphère raréfiée considérées comme conducteurs. — Le globe terrestre est entouré d'une masse gazeuse dont les principaux constituants sont l'oxygène et l'azote mélangés; on y trouve en outre de l'ozone, de la vapeur d'eau, de l'acide carI)onique, de l'ammoniaque, de l'acide azotique, elc, mais en proportions très minimes. Si la Terre était une s[)hère parfaite, sans mouvement et partout à la même température, ce mélange gazeux l'entourerait bien symétriquement; au voisinage de la surface terrestre, la couche enveloppante aurait une densité et une pression que des observations nombreuses ont permis d'égaler à une colonne de mercure ayant environ o"',jGo de hauteur à la température de o". A mesure cpie l'on s'éloignerait de la surface terrestre, l'air se raréfierait de jiliis en j)his et la densité diminuerait jusqu'à une certaine hauteur où l'on ait rencontré le vide. On n'a ])oint encore évalué exactement cette hauteur, mais elle dépasse certainement plusieurs centaines de kilomètres. Cetle diniinnlioii dans la densité ou dans la pression se fait d'après une loi

(' ) Cet appareil a été deux fuis exposé : au Congrès inlcrnalional ties Sciences géographicpics à l'aris (iS-ô), aux frais du mécène suédois iiien connu, M. le baron O. Dickson, eL nu Loan ex/iibilion of Scienlificapparatus; à Londres, aux fraisdel'Lnivcrsité de Helsingfors. .V Paris, l'appareil siiluminail sous l'iûllucnce d'une machine de Iloilz, construite par Rulinikorfr; mais, à Londres, on avait employé une nouvelle machine électrique du système de Carré, que l'inventeur avait bien voulu mettre à noire disposition et qui <lonnail des résultats inconi|iaral)]emenl iiuiileurs.

déterminée, susceptible d'être exprimée par une formule mathématique très simple. Laplace l'a établie, mais elle a été modifiée ensuite de manière à mieux, s'accorder avec l'expérience ('). Or, si nous calculons à l'aide de cette formule la hauteur à laquelle la pression atteindra o"',oo5, nous obtiendrons à peu près 40*"".

Imaginons une surface passant par tous les points où la pression n'est plus que de o"',oo5, nous aurons une sphère creuse enveloppant la Terre et partout éloignée d'elle d'une distance de 40'"". On peut donc en conchire que la Terre, bon conducteur de l'électricité, est à une hauteur de 40''"' entourée par un autre conducteur d'air raréfié, que nous désignerons sous le nom de conducleur atmospJiérique ou conducteur supérieur. En supposant qu'une certaine quantité de fluide négatif soit placée à la surface de la Terre, et qu'une quantité égale de signe contraire recouvre le conducteur atmosphérique, ces deux fluides seront également distribués sur les deux conducteurs, et la force avec laquelle ils tendront à se recombiner sera partout égale.

Les circonstances où nous nous sommes placés sont en effet idéales et plusieurs causes interviennent pour les troubler, en modiliant la nature et surtout la position des deux conducteurs, l'un par rapport à l'aulre. La surface de la Terre n'est pas uniforme, (pioique les aspérités aient une valeur si faible relativement aux dimensions du globe que nous pouvons les négliger sans commettre d'erreur appréciable. Le conducteur atmosphéri([ue n'est pas une surface, mais un espace s'étendant entre des limites où le baromètre indique une pression de o'",o4o d'une part et zéro de l'autre. Toutefois nous sommes en droit de supposer que cet espace peut èlre remplacé par une surface passant par l'ensemble des points à o'";Oo5 de pression et douée, par suite de la raréfaction de l'air, de telles propriétés qu'elle exerce la même influence électrique que l'espace qu'elle remplace. Nous raisonnerons donc désormais sur le conducteur atmosphérique comme s'il s'agissait d'une surface.

(') Duns les circoustanccs simples où nous sommes placés, celle formule sérail

X = iSjSgS log— kilomcti-es, x étant la dislance cherchée, II cl h les hauteurs de

la colonne barométrique à la surface de la Terre et à la station supi'rieure. Pour noUc prohlèiiic, II = ■yGo""" et A ^ 5""".

FRÉQUENCE DES AURORES AUTOUR DES POLES. i33

Position mutuelle du conducteur atmosphérique et de la Terre. — Etudions la position mutuelle des deux conducteurs. Diverses causes font sentir leur influence : le mouvement de la Terre, la forme ajDlatie de celle-ci,' la vapeur d'eau contenue dans l'air et, avant tout, V inégale répartition de la chaleur sur la surface terrestre et dans V atmosphère. La plupart de ces causes ont été prises en considération lorsqu'on a établi d'une façon complète la formule barom('triquc citée plus haut (').

Cependant, avant deflecluer le calcul, il est bon d'éclaircir quelques points relatifs à la température de la surface terrestre et de l'atmosphère. En examinant une carte du globe indiquant les lignes isothermes annuelles, c'est-à-dire les lignes passant par tous les endroits où règne la même température moyenne annuelle, nous trouverons facilement que nous sommes en droit de fixer à + 25° au moins la température de l'équateur, et à — ■ 12" celle des régions circompolaires. Nous pourrions même admettre les nombres -f- 2-" et — -20", mais nous tenons à ne point nous montrer extrêmes dans nos suppositions. Dans les explorations aérostatiques, on a observé la rapide diminution de la température de l'atmosphère. En i8o4, Gay-Lussac a trouvé une température de — 9", G à ôSoo™ de hauteur, alors qu'à la surface de la Terre le thermomètre marquait -T- 3i". En i85o, Barrai et Bixio ont trouvé — 4"° à la même hauteur; enfin, le 5 septembre 1862, Glaisher et Coxwell ont eu -h i5" à la surface et — 24° à 1 1000™. Nous voyons que la température s'abaisse à mesure que la hauteur augmente, et si nous tenons à connaître la température régnant au delà des limites de l'atmosphère, les expériences nous fourniront des réponses variées. D'après les calculs que Pouillet a basés sur les expériences directes, la température des espaces planétaires serait de — 142".

D'autre part, M. Gyldén, astronome suédois, admet — 170°, en s'appuyant sur les chiffres obtenus pendant des voyages aériens.

Afin d'é\iler les hypothèses exagérées, nous supposerons, en

(') La foi'mule complùle est

X = i8 393'"°(i -I- 0,00283;; COS29) (1 -i-o,oo'| — i^Jlosîy;

X, H cl h ont la même signification qu'auparavant, a représente la latitude, T et t les températures à la surface terrestre et à la station supérieure.

i34 CHAPITRE X.

suivant les calculs de M. Seigey, fondés sur des expériences failcs aux Alpes de la Suisse, que le conducteur atniosphéricpie est partout à une température uniforme de — Go". En employant cette valeur et en admettant que Tair est partout à moitié salure dliii-

Fis- Ti-

midité, nous obtenons pour hauteur du conducteur atmospliérlfpic :

km A réquatour 3749.8

Aux pôles 34 262

Soit une diUércncc de 3 176

Dès lors ce conducteur et la surface terrestre occuperont la posi-

FRÉQUENCE DES AURORES AUTOUR DES POLES. i35

lion relalivc indiquée par hxjig. i/j, où NESO représente la Terre, et VE'S'O' le conducteur atmospiiérique, plus rapproché de la Terre aux environs des pôles qu'à l'équateur.

Distribution de V électricité sur les deux conducteurs. — En admettant la présence d'une certaine quantité de fluide négatif sur la Terre et de fluide positif sur le conducteur supérieur, ces électricités seront distribuées de telle sorte que la quantité se rapportant à l'unité de surface sera 9 pour 100 plus grande près des pôles (pi'à l'écpialcur, et cela sur les deux conducteurs. Par suite, la force attractive avec laquelle les deux fluides tendent à vaincre la résistance de la couclic d'air interposée sera de 20 pour 100 plus considérable autour des pôles qu'à Téquatcur (').

En cherchant quelle était la source principale de l'électricité atmosphérique, nous avons montré que l'induction unipolaire produit une force, qui fait écouler l'électricité positive dans l'atmosphère, principalement par l'intermédiaire de la vapeur d'eau. Nous avons fait voir que cette force a une composante tangentielle : celle-ci intervient aussi pour amener l'électricité positive vers les endroits polaires. Bien que cette force exerce une influence dans toute l'atmosphère, son action devient cependant plus sensible sur le conducteur atmosphérique, parce que la résistance de l'air est moindre.

En tenant compte de cette force, nous devons donc regarder les

(') l*our pcrmelLrc au lecteur de juger comljien riiidueiue de la température influe fortement sur la position du conducteur atmosphérique et sur la force attractive des deux électricités, nous mettrons sous ses yeux le Tableau suivant :

Si la température du conducteur atmosphérique offre

les valeurs — Go° — 100° — l'io"

Et la température de la Terre à l'équateur -f-a')" -~- 00° -4- 35"

Aux environs des pôles — 12° — 3o° — !\o°

Il en résulte une force plus f;rande autour des pôles

qu'à l'équateur i9>47o 3GY„ 53%

Dans nos calculs nous n'avons pas tenu compte de ce que la Terre et le conducteur atmosphérique différent de la forme sphériquc, ce qui influe sur la distribulion éleclritiue; mais cette petite quantité, non favorable aux résultats que nous avons obtenus, est largement compensée par la plus grande humidité de l'air dans les environs de l'équateur, ce qui donne au conducteur supérieur une hauteur plus considérable.

i36 CHAPITRE X.

nombres qui représentent plus haut l'accroissement de la force entre l'électricité négative de la Terre et l'électricité positive du conducteur atmosphérique comme des valeurs minima. Cette force est alors supérieure à 20 pour 100.

Ces résultats découlent d'une manière facile de notre étude sur l'influence électrique et des circonstances indiquées par les fig. 12 et i4- Bien que nous ne puissions donner aux calculs précédents qu'une valeur approximative, ils nous suffisent cependant pour nous prouver que l'une des causes principales de l'accuniulalion de V électricité autour des pôles de la Terre se trouve dans la position réciproque des deux conducteu/s.