I.KS ATM(»>PnÈKi:S l)i:S IM.ANKTES

Pour Mercure, la couche extérieure serait à — -209° pour l'hyiirogèiio, à -;- 894" pour l'air et à -i- laTi" pour l'acide carbonique. Les nièinos liiniies seraient - ÎO"..",, — ',0:A" et — 7403" pour Venus; et pour la Terre elles seraient + '291", -^ 9937, -f- li 'i i7", Pour la pl,-inète Mars, ces mêmes limites seraient — 195" pcjur l'hydrogène, -s- 1 139" pour l'air et -i- 1807" pour l'acide carbonique.

Des conclusions précises ne pourraient être déduites pour la composition réelle des atmosphères planétaires que si nous connaissions la température des planètes et le gradient de leurs atmosphères. ., Il semble néanmoins, écrit l'auteur, qu'ime atmosphère analogue à celle de la Terre ne pourrait pas subsister à la surface de la Lune, mais le pourrait à la surface des planètes. La Terre et les grosses planètes pourraient non seulement conserver des atmosphères dazote et d'oxygène, mais même d'hydrogène et d'hélium. »

Ces résultats sont hien (lilforents de cou.v des calculs de M. .lohnstone Stoney (').

.\ussi. comme on pouvait s'y attendre, celui-ci a répondu [-).

« M. Cook, écrit-il, me reproche de n'avoir [las établi mon argument sur la détermination par la théorie cinétique du nombre relatif des molécules (jui auraient une vitesse suftisante pour les faire s'échapper des atmosphères planétaires. C'est vrai. La raison en est que nulle détermination de ce genre n'existe, excepté celle que j'ai produite, dans laquelle les données étrangères à la théorie cinétique sont employées pour compléter les enseignements de cette théorie. Ces données auxiliaires sont : !' que la Lune n'a pas conservé d'atmosphère, et 2' que la Terre et Vt^nus ont conservé la vapeur d'eau dans leurs atmosphères. »

Nous allons résumer cette réponse.

L'auteur déclare d'abord que lorsqu'il s'est occupé pour la première fols du jiroblème il espérait en trouver la solution dans la loi de Maxwell sur la distribution des vitesses des molécules dans les gaz sous les conditions normales, mais que lorsqu'il vint à considérer le vrai sens physique de cette loi et ses limites il trouva qu'il s'arrête juste où l'on aurait besoin de l'appliquer, c'est-àdire dans cette région extérieure d'une atmosphère de laquelle seule les molécules peuvent s'échapper.

De longues considérations sur les difficultés de l'observation des oscillations et des vitesses des molécules, dans les expériences de laboratoire, dans le radiomètre de Crookes, dans la fumée de tabac, dans les mouvements browniens, etc., conduisent l'auteur à être moins afflrmatif, semble-t-il, que dans son premier travail.

Il revint sur le nn'me sujet, discuté d'autre part eu Angleterre par le pro-

(') M. Bryan a )>ulilii'. <l'autre pan, une série d'objections analogues dans la revue anglaise Nature.

{') The aslropliysical Journal, May l'JOO.

fesseur Bryan (') et le soumit à une nouvelle analyse ("). La question parait d'autant plus compliquée qu'elle est étudiée avec plus de soins.

D'après les calculs de Maxwell et de Boltzinann, les molécules de l'air se mouvraient si rapidement qu'au fond de notre atmosphère les rencontres, les chocs de ces molécules entre elles s'élèveraient pour chacune d'elles à sept ou huit millions par chaque millième de seconde! .Mais quelle infinie variété dans les chocs des molécules gazeuses! Exposons un mélange d'égal volume d'hydrogène et de chlore à la lumière difTuse et un autre à la lumière solaire. Dans la première condition, les gaz se combineront lentement et formeront de l'acide chlorhydrique. En d'autres termes, l'échange des atomes chimiques entre deux molécules qui se rencontrent dépend, en lumière diffuse, de quelque procédé inusuel de rencontre qui n'arrive que très rarement au point de vue moléculaire. En lumière intense, cette sorte de rencontre est encore rare au point de vue moléculaire, mais la combinaison des gaz s'opère avec une rapidité explosive. Dans les deux cas, après un laps de temps suffisant, la réaction est complète. Chaque molécule est maintenant de l'acide chlorhydrique, c'est-à-dire que ce genre très rare de rencontre a atteint chaque molécule d'hydrogène et de chlore existant dans le mélange.

La marche des molécules est donc, en fait, le résultat d'une action inextricable de causes diverses.

Les estimations et les déterminations du nombre des molécules existant dans un gaz à la température et à la pression normales diffèrent beaucoup les unes des autres, mais peuvent toutes être résumées dans l'énoncé suivant :

Dans un centimètre cube de gaz, à la température et à la pression normales, il y a plusieurs trillions de molécules, le mot « plusieurs » restant assez vague, mais compris, cependant, entre 10 et liMiQ.

Pour l'air, en particulier, ce nombre est compris entre 8 et 1100. Dans un dixième de millimètre cube, le nombre des molécules d'air est de plusieurs billions. Et comme, d'après Maxwell, chaque molécule d'air éprouve de 7 000 à 8000 millions de rencontres par seconde, en un vingt-cinquième de seconde, chaque molécule d'air, au fond de notre atmosphère, éprouve environ 300 millions de rencontres.

Les molécules d'air ne peuvent pas abandonni'i- l'atmosphère, à moins qu'elles n'appartiennent à des régions supérieures, car elles seraient arrêtées par l'armée des autres molécules. Pour mettre un peu de clarté dans son examen — que l'auteur a peut-être tort de considérer comme pouvant être d'ordre mathématique — l'atmosphère est supiiosée partagée en autant de couches qu'il y a de lettres dans l'alphabet, A étant l'inférieure, où nous vivons, etZ l'extérieure, Y la seconde à partir du haut, X la troisième, etc. La couche extrême Z, à la limite même de l'atmosphère, est caractérisée par une absence presque totale de ren-

(') Proceedinfjs of llie royal Socii:tii for April r.)Ol). {■) The asIrojilK/sical Joarn:d, June l'.iOO.

LKS A TMOSlMir.lU'S OKS l'I.A NK TKS. 401

contres gazeuses, les moleriiles ([iii l'orcupeiit arrivent du lIcssous et sont si sdparées qu'elles peuvent à peine se rencontrer. Un grand nombre d'entre elles décrivent dos trajectoires elliptiques et redescendent dans la couche Y. Si quelques-unes décrivent des trajectoires liyperboliiiues, elles quittent l'atmosphère terrestre, et plusieurs de celles qui circulent ellipti'pienient peuvent aussi s'en affranchir si elles s'éloit:nent assez pour subir rinlliionre perturbatrice du Soleil ou de la Lune.

Il peut s'en échapper aussi des cou'iu's V et .X, mais incomparablement moins. Ces trois couches sont toutes d'une grande profondeur, à cause do la raréfaction de l'air aux altitudes supérieures. Elles passent insensiblement l'une dans l'autre, mais peuvent, néanmoins, être aussi distinctes dans l'atmosphère que le sont le menton, les joues, les tempes et le front dans la tii;ure humaine, quoiipi'il n'y ait aucune ligne de démarcation définie.

D'après cet exposé, presque toutes les molécules ([ui s'échappent de l'atmosphère terrestre proviennent des couches extérieures, de 10 à ?0 kilomètres à partir d'en haut. La loi de Maxwell ne s'applique plus à ces régions. La loi de cet échappement, si nous pouvions la découvrir, ('crit l'auteur « wouUl doubtless be utterly unlike Maxwell's law or either of its successors ».

Il ajoute qu'il faudrait aussi tenir compte de l'exposition de ces molécules extérieures à l'action directe de l'énergie lumineuse et calorifique du Soleil, qui n'est plus modérée par sou passage à travers l'atmiisphère.

M. Johnstone Stoney conclut que : I" c'est une erreur de supposer que la loi de Maxwell gouverne la distribution des vitesses dans cette zone exté'rieure de l'atmosphère, de laquelle seule les molécules s'échappent; i" (}uo la vraie loi de distribution, quelle qu'elle soit, n'a qu'une connexion partielle avec le taux d'émigration, à cause des conditions et des circijnstances variables de la jjosition des molécules.

Finalement, l'auteur ne se llatte pas d'avoir liMuive une loi. Il déclare seulement qu'il raisonne a poslrriori sur ces deux faits d'obsorvation :

1° Que la Lune est actuellenient sans atmosphère;

2° Que la Terre a été capable de retenir la vaiieur d'eau d.ins son atmosphère.

Et que l'état actuel de nos connaissances en Physique moléculaire ne permet pas d'établir de loi a priori.

Un appendice sur « la manière d'être di' l'hélinm dans l'atmosphère terrestre » est ajouté aux considérations précédentes, dans le but de déterminer si nous devons attribuer les neiges polaires de Mars à l'eau ou à l'acide carbonique. Il ne nous paraît guère plus sûrement l'onde que tout ce qui précède, mais notre devoir est de ne rien négliger.

L'hélium s'échappe-t-il de la Terre'? L'essai de réponse à celte question F., IL 26

402 LA l'LANÉTE MAllS. 1S9,S

jiar la lliéorie cinèlique des gaz n'ai^porte aucune lumière, avoue l'auteur. On pmil choisir une autre méthode, a posicriori, basée sur l'expérience, en ohsci-vanl les conditions actuelles de l'existence de rhélium sur notre planète. Les faits aiiportés à noire connaissance paraissent indiquer que riiélium s'échappe encore lenlemcnt de la Terre et que, a forliori, il a dii s'échapper plus librement pendant les premiers âges cosmiques, hes données sur lesquelles cette conclusion repose sont maintenant plus plcinemenl et plus detinilivement connues qu'elles ne l'étaient lorsque l'auteur a, présenté celle opinion comme probable. Elles changent presque, dil-il, la probabilité en certitude.

Voici ces données. ■ .

1» La proportion eu volume de l'argon dans l'air sec est d'environ 1 pour 100. Le volume du néon représente environ un millième de celui de l'argon, et le volume de l'hélium environ nii dixième ou ini vingtième de celui tlu néon. Par conséquent, le vulume de l'hélium dans l'air sec se trouve entre -^^ et -^ du volume de l'argon.

2° L'argon et l'hélium sont fournis à ratnios]dièro par les sources chaudes; l'argon, en général, par toutes les sources chaudes qui contiennent des gaz atmosphériques, et l'hélium par quelques-unes d'entre elles (sources radioactives).

3" Dans ces sources, l'argon, comme l'oxygène et l'azote, peut être simplement du gaz qui arrive à l'atmosphère par les eaux, l'u litre d'eau, dans les conditions normales, absorbe :

Environ 45''"'° d'oxygène de l'air en contact,

— 15"'' d'azote,

— 40'™' d'argon,

— 14""' d'iiélium.

Nous pouvons donc nous attendre à trouver dans la pluie les proportions suivantes :

^ x4,:. d'oxygène,

X 1 ,5 d'azote,

X i il artrun.

et de I à 2 millionièmes x 1 , 4 d'hclium.

Ces propcirlions se retrouvent à |ieu [ii'ès dans les niv/. des soui'cos chaudes, pour l'oxygène, l'azote et l'argon. Mais l'hélium s'y trouve dans la jjroportion de ,', de l'ar^ion, c'est-à-dire 3lltl0 à 0000 fois jdus ([u'on ne devrait en trouver s'il provenait de l'atmosphère.

^^v i.Ks A r\i()sriii;Ki:s i)i;s i'i.\m:ii-:s. 403

.4», Ce grand excès de riiélium diiu^ queliiues sources a sans doute une origine minérale. L'urauium, entre autres, renferme de l'hélium. Un n'en ])ourrail dire autant pour l'argon.

5" L'argon qui est .fourni à l'alniosplière par le.s sources cliaudcs jiarait ]U'0venir en princii>e de l'aiinosphère et lui être restitué. Au contraire, il semble qu'il Y ait une addition continuelle d'iu'dium de lu terre solide à l'atinnsphère qui le perd.

En conséquence, on peut conclure que l'excessivemeut petite quantiti; diiélium qui existe dans l'atmosphère est de l'hélium qui s'eu va, et qu'il y eu aurait davantage s'il ne s'en échappait pas.

Donc, conclut l'auteur, l'argon ne s'échappe pas de notre planète, mais l'hélium s'en échappe, et, par conséquent, la vapeur d'eau doit s'échapper de la planète Mars, et ainsi nous en déduisons que les ïie(';/c'.s polaires de ce moiule sont probablement formées d'acide carbonique.

Telle est, dans son ensemble, l'argumentation de M. .Inhustoue .•>loney. Nous avons voulu l'exposer tout entière, sans en rien celer, quoique ce long travail soit plutôt aride — pour nous, traducteur, comme pour le lecteur. Mais il importait d'avoir sous les yeu.x ce raisonnemeul, plus ou moins mathématique, afin d'éclairer notre recherche indépeudaiile.

11 nous semble que ces arguments ne suffisent pas encore pour nous convaincre que les neiges manieunes sont l'ormées d'acide cai-liouiiiue. C'est longuement travaillé, assurément, mais en fait de iirenrrs, nous soumies encore plus exigeanis. Prendre pour base de raisiuinemeiU ijue riiélium s'échappe de notre almo-sphère, c'est audacieux, puisqu'idle en contient quelque chose comme dix milliards de tonnes, llien uc prouve, non plus, que si la Lune a j)erdu son atmosjihère, c'est parce ijue celle-ci s'est envolée; elle a pu être alisorbi'e, au contraire. Enfin, examinée en elle-même, la tliéorie cinéli<]ue des gaz reste toujours une hijpulhcse.

Nous anticiperons un peu sur l'ordre chronologique de cet exjiosë en ajoutant ici l'objection à la même théorie qui nous a été adressée par M. le colonel du Ligondès.

CCXXXIX. — Iiu Liiio.NDHs. — Les .\T.\iosPHi-;Ri;s ui:s planèi-es i'i.

Ou a souvent cherché h expliquer, en s'appuyant sur la théorie cinétiqui\ l'absence de gaz légers dans les atmosphères planétaires. Suivant cette hypothèse, les molécules gazeuses sont animées de vitesses dirigées dans tous les sens, variables d'une molécule à l'autre, mais présentant la même valeur moyenne dans

t') Bullciin de la f^ociëlé Astronomique de France, juin 1903.

40i LA PLANÈTE MARS. 1808

toute l'étendue de la masse, si la température est constante. C'est au choc des molécules extrêmes qu'est attribuée la pression exercée par le gaz sur les parois de son enceinte. La pression et le nombre de molécules contenues dans un volume (l'inné étant connus, on peut calculer la vitesse moyenne, l'our l'hydrogène à la température zéro, elle est d'environ IS'iO mètres par seconde. Elle est d'autant moindre pour les autres gaz que leur densité est plus grande. Mais il y a des molécules dont la vitesse est bien supérieure à la moyenne, et. si elles se trouvent à la limite de l'atmosphère, elles peuvent sortir de la sphère d'attraction de leur planète et se diffuser dans l'espace. Il ne serait donc pas surprenant que l'hydrogène ait quitté l'atmosphère terrestre et qu'aucun gaz ne soit resté autour de la Lune.

A ce compte, on peut se demantler pourquoi les comètes, à la surface desquelles la vitesse critique est excessivement faible, ne sont pas déjà et depuis longttemps toutes dispersées; comment aussi les planètes, qui ont été formées par des agglomérations successives de vapeurs et de gaz portés à une haute température, n'ont pas vu leurs matériaux se dissiper avant même d'être réunis. Cette contradiction a sans doute échappé à ceux qui s'appuient sur la théorie cinétique pour dire que les astres ne peuvent pas conserver d'atmosplière. En voici l'explication :

La lui de Mariotte est une conséquence de la théorie cinétique des g;iz. Si le volume est réduit de moitié, le nombre des molécules venant frapper les parois sur une surface donnée est doublé et la pression aussi. En appelant p la pression, p la densité et /( une constante, on a

p = Il p.

Imaginons une sphère gazeuse de rayon a, en équilibre, et soit x le rayon

d'une couche sphérique d'épaisseur infiniment petite dx prise à son intérieur. Un

petit cylindre droit de base S et de hauteur dx découpé dans cette couche a pour

niasse

piidx.

La masse de la iietite sphère de rayon .v sur laquelle il reiiose est

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