LES COURANTS ELECTRIQUES DE LAIR

le sr^jour et les travaux à celte station. 13es observations journalières du courant de ratniosphère s'y firent de la même manière qu'à Sodankylà, c'est-à-dire qu'un (il conducteur, porté par des isolateurs Mascart, conduisait le courant de l'appareil d'écoulement au galvanomètre et de là à une plaque de zinc amalgamé plongée dans la rivière d'Ivalo.

Près de cette station, on construisit, pendant les mois de janvier et de février, trois appareils d'écoulement, et un deuxième fil conducteur fut mis sur des isolateurs îMascai't.

^jdijig. I 5 représente la disposition des appareils. Leur hauteur était la suivante :

1 3-^i"' III ?.îG'"

II 334" IV '^.JS'"

La distance entre ra[)pareil I et la station était de 3''"',(3'>.() et la distance entre I et II de o'"",33y.

En O se trouvait une petite maison d'observation avec une cheminée.

En O' un commutateur où les fils conducteursdes quatre appareils pouvaient être condjinés aux deux fils conducteurs de la station.

Résultais. — On lit avec cet ap|)areil, princi|)alement au mois de mars, un certain nombre d'expériences dont les résultats les plus importants peuvent être résumés de la manière suivante :

1" Si deux appareils d'écoulement à peu près semblables et placés à la même hauteur sont réunis au galvanomètre, ils ne donnent aucun courant, c'est-à-dire que la déviation du galvanomètre est égale à o.

2" L'appareil II réuni |)nr le galvanomètre à l'appareil I donnait toujours un courant /?o.s77 //dont la force variait considérablement. Les nombres ci-dessous donnent connue cxenq)le la force électromotrice exprimée en volts pendant ([uatrc jours, du 18 au ai mars :

Mars.

Vdlt

vc.ll

0, 1 iCii

Vdll

viiir 0 ,u53o

0 , 1 4uo

o,oj3o

On obtient ces nombres par rintroduction d'un élément Leclanché, comme nous l'avons dit plus liant. T^a force électromotrice de cet élément fut détenninée par comparaison avec un élément étalon de Daniell. La différence de hauteur entre les appareils II et 1 étant de lo'", on voit que la force électromotrice variait ces jourslà entre les limites o'*'"'', ()3:iG et ()'^"'',()()33 ])ar mètre.

Il résulte des observations que la grandeur absolue et les variations de la force électi-oniolrice du courant électrique de ratmospJière peuvent être étudiées avantageusement avec deux appareils d'écoulement de di Jféi-ente hauteur.

Puisque deux. a[)pareils semblables situés sur la même hauteur ne donnent pas de courant, il en résulte clairement que la force électromotrice observée ne dépend rpic de la différence de hauteur, c'est-à-dire que l'électricité est ainsi distribuée dans l'atmosphère, qu'une force électromotrice prenant naissance produit un courant qui est dirigé vers la Terre.

L'élude, continuée avec les quatre appareils, donnait ce résultat

singulier

o" Tout près de la Terre, se trouve ime couche d'air où l'électricité positive a une j)1us grande densité que dans la couche située immédiatement au-dessus d'elle, de sorte qu'à partir de la surface de la Terre la densité va en diminuant jusqu'à \\n mininnim où elle s'accroît ensuite de nouveau. Les appai'eils III et IV se trouvaient dans cette couche et donnaient, condunés avec I et II, un courant négatif, c'est-à-dire de bas en haut.

Ces résultats, qui semontraient aussitôt, rendaientassez difficile h' travail projeté avec les quatre appareils. La difllcidlé augmentait encore parce que le pouvoir conducteur de l'air diminuait rapidement auprès de la Terre.

Etude sur V électricité au voisinage delà Terre. — Poiu- étudier avec plus de soin cette singularité, on construisit deux appareils d'écoulement transportables. Ceux-là se composaient d'une croix formée de planches minces, siu' la([uelie on mit en spirale plusieurs tours de iîl à pointes, de manière cpie le nombre des pointes fût de 3o. Ces petits a])pareils, que nous appellerons S' et S", lurent érigés près de 11 sur le point le plus élevé du Piétarinlunturi ; buii S' à 2'" au-dessus de la Terre, l'autre S' au bout d'un mal de

LES COURANTS ÉLECTRIQUES DE L'AIR. i43

9"', lo de hauteur. Tous les deux étaient jilacés sur des isolateurs et séparément réunis à la station par des (ils condueteurs.

Avec ces appareils on obtint alors un courant de S' à S", c'està-dire négatif (de bas en haut). On veilla avec un soin tout particulier à ce qu'il n'y eût aucune faute accidentelle dans les conununications ou dans l'arrangement des appareils. La déviation obtenue était très petite, mais parfaitement mesurable.

Les expériences définitives avec ces appareils furent faites le a6 mars, à 1 1'' du soir et durèrent environ trois heures. Ces expériences avant une importance particulière, nous en décrirons l'exécution.

On choisit la nuit, parce que le vent était alors moins fort sur la montagne. Dès que les observateurs, ^Ii\L Granit et lloos, eurent signalé par le téléphone que les expériences pouvaient commencer, on mesura le courant au galvanomètre : S' était alors à 2'" et S" à 9™ au-dessus de la Terre; la déviation était négative.

S" fut descendu à la même hauteur (pie S'; la déviation était égale à zéro.

S" fut remonté à la hauteur de 9'"; la déviation était négative comme précédemment.

S' fut alors attaché à deux [)oleaiix hauts de .V", munis d'isolateurs et élevés par deux hommes à une hauteiu' de /j'"; la déviation devint positive.

Cette expérience a donc prouvé que la densité électrique de la couche d'air diminuait jusqu'au inoment où le courant changeait de signe et que le minimum de la densité doit se trouver entre 2'" et f" de hauteur.

Il aurait été bien intéressant de continuer ces expériences et de les étendre, mais cela ne pouvait plus se faire parce que le séjour sur la montagne n'était plus tenablc. Le 2.") mars, nous v étant rendus, ])Our examiner les appareils et nous rendre compte (pi'aucuiic faute n'avait été commise, bien que la tenqiératurc ne fut ])Ius que de — 12'^, nous ne pouvions travailler fju'en tournant le dos au vent; dans le cas contraire la figure devenait insensible en quelques minutes, et l'on pouvait à peine respirer. Sur la montagne il faisait presque toujours du vent, mais il était souvent moins fort la nuit que le jour. Pendant ces expériences impoi'tanles nous étions occupés dans l'observatoire à lire les déviations du galvanomètre, mais

i44 CHAPITRE XI.

tout le temps se passa dans une vive inquiétude pour le bien-êti^e

des observateurs.

Heureusement tout finit bien.

^° A pcutir (V une couche cVciir qui se trouve à quelcfues mètres au-dessus de la terre^ la force électromotrice croit avec la différence de hauteur entre les appareils d'écoulement.

On n'a pu déterminer avec certitude les lois de cet accroissement, mais il est probable que la force électromotrice croît plus vite qu'en raison directe de la différence des hauteurs.

Ces résultats se rapportent à des jours clairs. L'humidité dans l'air change la résistance électrique et semble aussi agir sur la force électromotrice.

Sur l'un des appareils S, un certain nombre de pointes furent garnies de mèches trempées dans du pétrole, et allumées.

On mesura l'elTet, et l'on vit que la résistance diminuait un peu, mais la force électromotrice restait invariable.

Étude des phénomènes de lumière produits par l'appareil d'écoulement.

Caractère météoj-ologique de Uiiiver 1 883-84- — Nous savons que l'année 1 883-84 a fait exception à toutes les règles au point de vue météorologique. Elle n'était donc pas favorable, comme nous l'avons déjà dit, aux expériences sur les phénomènes lumineux. Il faut pour les voir un ciel clair et de plus l'absence du clair de lune. Il y eut peu de soirées pendant lesquelles le phénomène put être étudié.

Le nombre relativement petit {-— du nombre ordinaire pour la latitude) des aurores polaires et leur failde intensité montrent aussi que les forces électri([ues agissaient dans des circonstances anormales. La cause provenait sans doute de la neige qui tombait toujours et de la température élevée. Cet état de choses a été un peu surprenant, parce que nous sommes actuellement (i884) presque au milieu d'une période maximum de l'aurore polaire.

Ainsi, si les faits nouveaux que l'expédition a ajoutés à nos connaissances ne sont pas nombreux, ils sont du moins assez importants.

LES COURANTS ÉLECTRIQUES DE L'AIR. i ',5

LuinicfC en forme de lueur diffuse. — On sait par des expériences antérieures que les appareils d'écoulenient produisent de la lumière tantôt sous forme de lueur dif/'ase, tantôt en /b/7«c c/e rayons j s'élevant au-dessus de l'appareil.

La lumière diffuse, donnant toujours la raie caractéristique de l'aurore polaire, se manifeste assez facilement. On l'apercevait déjà dislincti\emcnt sur ra[)pareil de KoninialliAvaara à Sodankylâ, quol(jucfois à l'œil nu et très souvent avec le spectroscope. En automne i88'>,, M. Bièse découvrit qu'on pouvait obtenir la raie spectrale de l'aurore polaire au sud-sud-est de la station, à («uelques degrés de l'horizon dans la direction de la montagne Luostatunturi tandis qu'il n'y en avait pas de trace ailleurs. Pendant l'automne de i883, on voyait quelquefois la raie dans la direction de la montagne Rommattiwaara quand elle n'apparaissait pas dans la direction sud-sud-est.

Le phénomène était surtout très distinct dans les circonstances suivantes :

Le soir du i" novemhre, après qu'un vent fort de l'ouest eut chassé les nuages, on vit une aurore polaire qui commençait par un arc assez régulier au nord-nord-oucst. Cet arc touchait l'horizon vers l'est, à environ 20" au nord de Kommattiwaata.

Tandis que la raie spectrale fut obtenue dans toute la longueur de cet arc, elle disparut entièrement sur cette étendue de ao" de l'horizon, entre l'extrémité de l'arc et la montagne, jiiais réapparut distinctement dès que la fente du spectroscope fut dirigée vers l'appai-eil d'écoulement; du côté sud de la montagne, la raie disparut de nouveau complètement.

En général, l'étude de ce phénomène de lumière se fit à une distance de (')''"', mais aussi deux fois plus près.

Le 1 :>. novembre, on obtint, malgré le clair de lune, l'air brumeux et la neige, la raie hien distincte à une distance de i*"". Le phénomène était ce soir-là très intense, se montrant comme un fover mobile le long de tout l'appareil, ayant au-dessus une lueur dilfuse rayée. La lumière fut observée pendant quinze minutes.

r^e I- novembre on fit une observation semblable. A Kultala, les phénomènes de lumière se montraient, en général, avec une plus grande intensité ; mais la plupart d'entre eux n'étaient visibles qiicivcc le spectroscope, à cause du clair de lune plus ou moins vil.

Expériences avec la machine de IIollz. — Pour obtenir encore une preuve de l'origine électrique de l'aurore boréale, l'expédition s'était procuré une machine double de Holtz, qui, malgré sa fragilité et les difficultés du transport sur des rennes, arriva en bon état au lieu de destination.

Quand cette machine fut introduite dans le conducteur de l'appareil I, a)'ant le pôle positif tourné vers la Terre, le jjhénomène de lumière se voyait toujours plus distinctement.

Il avait déjà été observé le i^ décembre à Sodankyla, lorsque la machine fut mise en activité dans le conducteur de Rommattiwaara ; mais les études les plus étendues se firent à la station de Kultala.

Les observations, qui se firent toujours dans la cabane O ou du point O' i^fig' i5), datent des jours suivants : 'i-j janvier; 3, 4» C, 'j, 8, 12, iG, 20 et i[\ février 1884.

Elles furent exécutées par M. Bièse et nous; un rapport fut dressé pour chaque soir, ie 3 février par nous et les autres soirs par ]M. Bièse.

Voici ceux du 3 et du 6 février :

1884, 3 février. Arrivé à la cabane d'observation à 6''3o'". La Lune était levée et éclairait vivement la cime des montag^nes ; on ne put découvrir le phénomène de l'aurore, ni à l'œil nu, ni avec le spectroscope. A un signal téléphonique, la machljiede Holtz fut pourtant mise en activité dans le conducteur avec le pôle positif vers la terre. Malgré la ])lus grande attention, on ne pouvait découvrir aucune lumière de la nature de l'aurore polaire.

Cependant la Lune se couvrit peu à peu d'un voile de nuages (nimbus) et l'intensité de sa lumière diminua de moitié.

Quand cela eut duré environ une demi-heure, un phénomène de lumière, en forme de nuages blancs, montait en flamme de l'appareil I, donnant la raie caractéristique et étant très dislinctement visible môme à l'œil nu. Au signal, la machine électrique fut de nouveau mise en activité et alors les flammes se succédèrenl, donnant chaque fois la raie spectrale caractéristique.

La raie avait, dans cette expérience, un caractère un peu singulier; bien que la fente fût très étroite, la raie d'aurore polaire était assez large et fut suivie d'un spectre continu très distinct vers F. A 8'' on arrêta la machine : alors les flammes se firent plus rares et devinrent plus faibles.

LES COURANTS ÉLECTRIQUES DE L'AIR. i\-

A 8^1 5"^ l'expérience recommençait avec le même résultat.

Un brouillard enveloppa bientôt la cirne et les expériences cessèrent à S'vio'".

Le "j février, les nuages étaient 5. G. S. (-jj, cirro-slratus) et la raie ne pouvait être observée que projetée sur le spectre intense de la Lune. De temps en temps, on obtint la raie très faible au ciel nord et ouest, mais l'appareil I ne donnait rien.

Cependant, quand la machine de Holtz fut mise en activité, on obtint la raie très distincte, surtout à la décharge par étincelles à petite distance de la machine. En introduisant un tube de Geissler dans le conducteur près de la machine, la raie devint encore j)lus intense 5 elle était très distincte lorsque la décharge se lit par étincelles. Nous n'avions encore jamais vu la raie plus intense.-

M. Bièse fait remarfjuer encore qu'aucune ligne d'absorption, auprès de D, ne fut observée dans le spectre de la Lune, bien que son intensité pût être variée considérablement (Note XllI).

Les autres rapports ressemblent plus ou moins aux précédents.

Résultats. — Il résulte d'une manière évidente :

i" Que l'appareil d'écoulement produit en certaines occasions une lumière dilTuse qui donne la raie spectrale de l'aurore polaire;

2° Qu'une machine de lloltz mise en activité dans le conducteur renforce le phénomène, s'il existe déjà, et peut même le provoquer lorsque les circonstances extérieures sont favorables;

3" Que le phénomène de lumière ne se voit pas à l'œil nu si le clair de lune a une grande intensité, mais avec le spectroscope on reconnaît le plus souvent sa présence.

Lumicre en forme de rayons. — Le rayon sur le Plrtarintunluri le aç) décembre 1882. — Par des expt'-riences antérieures nous nous étions fait l'idée que le |)h('nomène en forme de rayons paraitr;iit assez facilement. Ce[)cndaiit il faut ])oiir cela un ciel serein, une température basse, une pression barotnétrique rela- Livement basse et, de j)lus, uile aurore polaire au moins faible.

Tout ce concours de circonstances s'est produit rarement pendant cet hiver, et, quand il a eu lieu, c'était d'une manière imparfaite. Cependant ce phénomène s'est montré deux fois : la première le 27 f(';vrier, et la seconde le 2 mars, selon les rapports de l'observateui-, i\J. lloos.

ij8 CHAPITRE XI.

1884, ^7 février, le soir. Du point O, on ol^servait un failjle arc (l'aurore polaire, s'étcndant de l'ouest au nord-nord-est et dont l'intensité augmentait peu à peu.

En même temps apparaissait, dans la direction du Pictarintun- Inri, au-dessus de l'arc, mais n'en sortant pas, un faisceau de lavons très intenses, qui marchait rapidement vers l'ouest et disparut après avoir passé la direction nord. Sur le reste du ciel on ne voyait point de rayons.

1884, 2 mars, le soir. M. Granit et moi (Roos) nous aperçûmes du point O une aurore pol-iire, qui augmentait rapidement en intensité et foi^mait déjà une couronne à 8'' du soir.

Je me rendis aussitôt au point O', pour que les phénomènes lumineux qui pourraient paraître au-dessus des appareils du Piétarintunturi pussent être ohservés en même temps des deux points.

A environ 10'' 3o™, j'aperçus un rayon très intense dans la direction de l'appareil I, penchant un peu vers l'est au commencement, mais se montrant peu à peu en forme de faisceau de rayons avec une faible inclinaison vers l'ouest.

Le phénomène dura trente à quarante secondes.

Au signal téléphonique M. Granit, qui restait au |)oint O, répondit qu'il ne voyait aucun phénomène de lumière au-dessus de l'appareil I. A de courts intervalles, nous vîmes après cela trois fois un faible ravon dans la même direction, mais alors d'un autre aspect. Ce rayon était vertical, de largeur égale et avait une couleur jaune pâle. Quoique faible, il était pourtant très distinct.

M. Granit ne pouvait découvrir du point O aucun rayon, ni au-dessus de l'appareil, ni autour de la montagne, à une distance d'environ i 5" des deux côtés.

Le clair de lune, qui était très vif ce soir-là, et l'aurore polaire rendaient très difficile l'observation du phénomène de lumière fail)Ic au-dessus de l'appareil d'écoulement; la distance du point O à l'appareil I était aussi de pJ^'", 'jo, tandis que celle de O' à l'appareil I n'était plus que de i''"',5().

S'il peut y avoir quelque doute quant à la première observation, c'est-à-dire si le ravon était au-dessus de la montagne ou non, la seconde ohservation du 2 mars est certaine. Si M. Granit ne voyait aucun rayon du point O à une distance angulaire de i5" des deux côtés de la montagne, cela prouve seulement que la himière était

LES COURANTS ÉLECTRIQUES DE L'AIR. i Î9

trop faible pour franchir une distance de 2'^"',4'5> bien qu'elle fùL visible à i'"",56. Le reflet du clair de lune était aussi plus fort au point O qu'à O', parce que la Lune se trouvait à ce moment presque au nord-est.

]\ous avons vu que c'est par exception que l'appareil d'écoulement produit le phénomène de lumière en forme de rayon. Cependant ceci a été observé quatre fois, dont deux fois avec pleine certitude :

1"' 1 8- I , le 1 G novembre, sur la montagne Luosmawaara, près du presbytère d'Enare;

2° 1882, le 29 décembre, surle Piétarintunturi, près de Kullala;

S** 1884, le 2- février, au même endroit;

4" 1884, le 2 mars, encore au même endroit.

Les observations faites le 29 décembre 1882 et le 2- février i884 ne peuvent pas être contestées.

Sur la/*/. V, nous avons reproduit le phénomène tel qu'il nous apparut, le 29 décembre 1882, à une température très basse, — 3o".

On voit à gauche nn are d'aurore boréale assez, clair, dont l'extrémité disparaît derrière la montagne, sur la cime de laquelle le rayon se montre à peu près avec la même intensité qu'il aurait en réalité. Le ciel au fond est couvert d'une lumière jaunâtre sur laquelle se dessine le ravon.

Sur le premier plan se trouve la cabane d'observation, dans laquelle était placé le galvanomètre. La distance entre la cabane et la cime de la montaçrne était de 600'" environ et la bauteur du ravon à peu près iS)"*. C'est de cet endroit-là que nous aperçûmes d'abord le rayon, et nous nous rendîmes aussitôt à un autre point situé plus au sud, de telle manière que la ligne de visée à la montagne avait décri t pendant notre course un angle d'environ 90". Nous passâmes pa r une petite forêt basse; mais, chaque fois que la montagne apparaissait, nous vîmes aussi le ravon avec une intensité variable (Note XIV) ( ' ).

(') Toutes les observations concernant la mesure des courants électriques de l'alniosplicre et les phénomènes singuliers de lumière polaire seront publiées, in extenso, dans le tome III des Explorations internationales des régions polaires [par lexpédilion polaire finlandaise à Sodankylà et à Kultala (1882-188.^)] aclucllem •[ t sous presse. La preuve citée page m y sera donnée.