CLXXIX. — Campbell. L'Atmosphère de M.\hs

M. Campbell discute les conditions de cette atmosphère.

Pour étudier l'atmosphère de la planète Mars, il importe de considérer plusieurs faits importants et de les coordonner.

(') Publications oftlie Astronomical Socioly of the Pacific, t. VI, lS9i. p. VlZ.

ir,n LA PLANETE MARS. 1894

1» La petite masse de la ptanèle. — Il est raisonnable de supposer que la niasse d'une atmosphère est proportionnelle à la masse de la planète elle-même. Les pins grandes planètes doivent avoir les atmosphères les plus étendues. Cette règle parait exister en effet. Il n'y a pas trace d'atmosphère sur la Lune, pas plus que sur aucun des satellites de notre Système. De plus, il ne parait pas exister d'atmosphère sur la petite planète Mercure. Slais nous avons l'évidence d'atmosplières étendues sur les grosses planètes Jupiter, Saturne, L'ranus et Neptune.

Or, la masse de Mars n'est que 0,11 de celle de la Terre. L'aire de sa surface n'est que 0,28 do celle de la Terre. Si les atmosphères des deux planètes sont proportionnelles à leurs masses, la quantité d'air au-dessus d'un kilomètre carré sur Mars (') ne serait que 0,39 de l'atmosphère au-dessus d'un kilomètre carré sur la Terre.

2' La couleur de la planète. — Beaucoup d'observateurs croient que la couleur rouge orangé de Mars est produite par l'action de son atmosphère absorbant les rayons à l'extrémité violette du spectre plus fortement qu'à l'extrémité rouge. On a même dit que la Terre présenterait la même teinte si l'on pouvait la voir du dehors. La couleur rouge du Soleil près de son coucher et la teinte cuivrée de la Lune près de l'horizon sont des cas bien connus de la forte absorption des rayons bleus et violets par l'épaisse couche d'atmosphère à travers laquelle la lumière doit voyager. D'après les comparaisons récentes des couleurs de Mars vu au télescope et de la Lune à l'horizon, telle qu'elle nous apparaît à l'œil nu, 1\L Campbell a estimé que les couleurs des deux corps cc'dcstes approchaient le plus de l'égalité lorsque la planète était au méridien à une altitude de GO", et quand la Lune était élevée de 3 à 5 degrés au-dessus de l'horizon. A ces altitudes, la lumière lunaire traversait notre atmosphère sur un parcours 9 à 16 f(jis plus long que la lumière venant de Mars. Par suite, si la teinte orangée de Mars était produite par une atmosphère analogue à la notre, cette atmosphère devrait être plusieurs fois plus étendue que la nôtre. Une partie de la lumière solaire réfléchie vers nous par la planète a passé doux fois par son atmosphère, mais une grande partie passerait en partie seulement avant d'avoir été ri'fléchie. Il paraîtrait ainsi que cette explication de la couleur rouge de la planète demanderait une atmosphère 6 à 12 fois aussi élevée que la notre. C'està-dire qu'au-dessus de toute surface sur Mars (un kilomètre carré par exemple) il devrait exister de G à 12 fois autant do molécules d'atmosphère qu'il y en a audessus de la Terre.

Nous allons voir plus loin que tous les autres phénomènes observés sont en désaccord avec cotte hypothèse.

(') La densitù de l'atmosphère à la surface de Mars est également digne d'attention, fait remarquer l'auteur. La pesanteur n'est là que 0,38 de la nûtre, et la densité de l'atmosplière à la surface de Mars ne serait que 0,1,5 de celle à la surface delà Terre, co qui correspond à une densité inférieure de moitié à celle de notre atmosphère au somuicl de l'Himalaya.

CAMI'HRLL. I.ATMOSPIIKUK DE MAIIS. r,l

(a). Le bord du di.sijue est toujours plus blanc que le centre. C'est là une observation facile à faire, et le fait a été noté jiar plusieurs observateurs. Entre autres, il a été remarqué par Dawes, qui a écrit en 18Gi: « Rien, à ce ([u'il me paraît, ne saurait prouver plus complètement que les teintes rouij;eàtres de Mars ne sont pas dues ;\ une particularilé'de coloration de l'atmospliôre de la planète, que le fait que la rougeur est toujours le plus intense |)rès du centre, là où la couclie atuiosphériquc est le plus nùnce. " l'in d'autres ternies, si la rougeur au centre est produite jiar l'atmospliére, la jilus grande épaisseur de la coucbe gazeuse au bord devrait produire une augmentation de la teinte rouge. Mais l'observatiiin montre que c'est juste le contraire qui est observé.

ib) Il n'y a pas de traces d'absorption de l'atmosphère au-dessus des calottes polaires. Tous les observateurs leur ont assigné la blancheur de la neige, même au bord de la planète. Si la couleur rouge du centre de la planète était due à l'absorption atmosi)hérique, l'absorption au bord du disque serait incomparablement plus grande, et les calottes polaires ne seraient pas d'un blanc jiur. Elles tendraient au jaune ou au rouge, ainsi que le fait le reste de la planète.

(c) Les spectres des grosses planètes Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune contiennent des bandes atmosphériques marquées, montrant ainsi que ces mondes sont entourés de vastes atmosphères. Sur Mars, l'évidence spectroscopique, ainsi que nous allons le voir dans la section suivante, est à peu près nulle. Et cependant Mars est incomparablement plus rouge que les quatre planètes extérieures. Ainsi, l'évidence spectroscopiqueest incontestablement opposée à l'hypothèse que la couleur rouge de Mars soit produite par une atmosphère.

Eu égard aux faits que le limbe de la planète est plus l)lunc que les régions centrales, que la calotte polaire blanche ne montre pas de traces d'absorption, même au bord du disque, et que les plus grosses planètes, pourvues d'atmosphères plus élevées que Mars, sont plus blanches que cette planète, eu vertu, disons-nous, de ces faits, nous devons accepter comme satisfaisante l'explication olïerte par Sir John Herschel, il y a im demi-siècle, que la couleur rouge « indique, sans doute, une teinte d'ocre pour le sol eu général, à peu près comme les régions de grès jaune de la Terre pourraient offrir aux habitants de Mars, mais un peu plus accusée ».

3» Résultats spectroscopiques. — Les recherches de Jaussen en 1S67, Iluggins en 1867, Secchi vers \S'i, Vogel en 1S7-2 et Maunder en 1S77 ont conduit à des résultats identiques, c'est-à-dire que l'atmospliére de Mars est sonhlable à la nôtre. On doit remarquer qu'aucun des observateurs n'a formé, de ses recherches spectroscopiques, d'estimation de l'étendue de l'atmosphère martienne, comparée à la nôtre. L'un des observateurs a remarqué que les lignes et bandes critiques étaient plus fortes dans le spectre de la planète que dans le spectre lunaire lorsque ces objets étaient à la même altitude au-dessus de l'horizon; un autre a dit que les bandes critiques étaient plus larges dans le spectre de Mars que dans celui de la Lune, taudis i[uuu troisième observateur n'a pas aperçu du

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t itit les li.tjnes critiques dans le spectre lunaire, tout en les ayant vues dans le sp'Ctre do la planète. Maintenant, si l'atmosphère de Mars est semblable à la nôtre, et si, ;V hauteur égale, les lignes critiques sont plus fortes dans le spectre de la planète que dans celui de la Lune, il devrait exister quelque hauteur plus basso de la Lune donnant des intensités égales des liL,Mies critiques. Par cette méthode on pourrait se faire une idée de l'étendue de l'atmosphère martienne. On y trouverait en outre un moyen de contrôle de la subtilité de la méthode spectroscopique. Il semblerait qu'aucun observateur n'a cherché ces altitudes inégales de Mars et de la Lune pour lesquelles les lignes critiques dans les deux spectres seraient d'égale intensité. C''est regrettable.

Il est aussi notoire que les observateurs n'ont pas trouvé d'évidence certaine de l'absorption croissante aux bords de Mars, là où l'épaisseur atmosphérique est la plus grande.

Les observations spectroscopiques faites au mont llamilton cet été, dans des conditions particulièrement favorables, ont montré que les spectres de la Lune et de Mars sont identiques on apparence. La méthode employée aurait décelé l'existence d'une atmosphère martienne quatre fois plus faible que la nôtre.

■i» Netteté des tacites do la surface. — Si Mars était entouré d'une atmosphère aussi étendue que la nôtre, il serait impossible de voir les taches aussi clairement que nous les voyons. Langley a trouvé que près de 40 pour 100 de la lumière arrivant à la surface de la Terre d'un astre voisin du zénith est absorbée par notre atmosphère. Si le pouvoir réflecteur de la surface de la Terre est égal à celui de la Luno, qui est de 0.17, alors, dos 60 centièmes de la lumière primitive parvenant à la surface terrestre, il n'y aurait que (1,17 ou bien 10 pour 100 de réfléchis, et encore 40 pour 100 de cette quantité seraient absorbés dans la sortie de notre atmosphère. Ainsi il n'y aurait que G pour luO de la lumière toudiant primitivement sur l'atmosphère de la Terre qui en sortiraient. Sa surface serait cependant illuminée par la lumière diffuse du ciel, et la lumière sortant dans l'espace pourrait peut-être s'estimer à 9 ou 10 pour 100. La lumière par laquelle un observateur éloigné, comme de la idanète Mars, verrait la Terre, proviendrait en grande partie de l'atmosphère brillante, et très peu seulement de la véritable surface de la Terre. Il est douteux que quelques-unes des taches géographiques de la Terre puissent être vues dans ces conditions, même dans le cas où notre ciel serait dépourvu de nuages.

On a dit que le peu de visibilité des taches au bord de Mars est dû au fait que nous voyons cette partie du disque à travers une plus grande couche atmosphérique. Je ne crois pas que cette hypothèse soit nécessaire. Pi nous examinons la surface lunaire à l'ceil nu, nous trouverons que les taches sont distinctes au centre, mais indistinctes au bord. La Lune ;'i l'œil nu est couqiarable en grandeur à Mars vu au télescope. Si nous tenons conqtte de l'ell'et, grandement amplifié, des mauvaises images en examinant le bord confus et indistinct de Mars, nous trouverons, je crois, que le bord de Mars n'est pas beaucoup plus

CA.MPBKI.L. l.'AÏMOSlMlKlti: Di: M VUS. ir,:î

indistinct que celui de la Luiic. La raison pour laquelle nous no pouv(jns pas suivre les taches jusqu'au bord do la Lune ou de Mars e><t en jurande partie le raccourcissement de la perspective.

5" Les calottes polaires. — L'éclat extraordinaire des calottes polaires, comparé aux surfaces centrales, rend l'hypothôse d'une atmosphère épaisse insoutenable. S'il y avait une atmosphère épaisse, elle serait particulièrement épaisse au bord, là où se trouvent les calottes polaires. Il n'y aurait que comparativement peu de rayons solaires capables de pénétrer assez loin pour parvenir jusqu'au.^ pôles. Ceux qui y arriveraient seraient lartrement réfléchis; mais très peu de ces rayons parviendraient à retraverser l'atmosphère. Los parties des caps polaires les plus rapprochées du bord du disque n'auraient plus leur éclat remarquable. Cet éclat ne peut s-'expliquer que dans l'hypothèse d'une atmosphère très mince.

L'auîrmentation et la diminution des calottes polaires, suivant les saisons. combinées avec leur couleur blanche, ont condtiit la plupart des observateurs à supposer qu'elles sont composées de neige et de glace, ("ette manière de voir suggère immédiatement l'idée que Mars a une atmosphère contenant de la vapeur d'eau. Les calottes sont certainement analogues à celles de la l'rrrc. mais seulement eu ce qui concerne leur variation d'étendue et leur coloration blanche. En réalité, l'analogie ne s'étend pas plus loin.

Un observateur placé sur la Lune ou sur Mars et regardant la Terre serait contrarié dans ses observations non seulement par notre atmosphère, mais aussi par les nuages. L'hémisphère tourné de son côté ne serait jamais entièrement pur. Nous savons que parfois presque tout le centre et les régions orientales de l'Amérique du Xord sont recouverts de nuages qui s'étendent, en même temps, loin dans la mer. Four un observateur en dehors de la 'l'erre. les surfaces nuageuses seraient plus brillantes que les pures. Le contraste entre les régions nuageuses et les régions pures de tout nuage serait plus grand qu'entre les terres et les mers. Il n'est pas probable que nos limites permanentes entre les continents et les océans soient visibles de loin, même par un ciel serein, à cause du ciel bien plus brillant qui les recouvre. Mais supposons que ces limites soient réellement visibles. Elles seraient certainement compliquées et perdues par un ciel nuageux. Il est probable que nos régions polaires sont enveloppées de nuages plus de la moitié du temps; dans la zone tempérée, la proportion est inférieure à la moitié du temps ; dans certaines régions équatoriales, ily a nébulosité presque perpétuelle.

Sur Mars, les conditions sont bien ditTérentes. On n'a probablement jamais vu de nuages sur cette planète. Les calottes polaires augmentent et diminuent. Si ces calottes étaient composées de neige, nous devrions nous attendre à voir, à l'époque de leur fusion, des nuages sur les régions polaires. Nous n'avons aucune preuve que des nuages apparaissent en ces régions. .Vu contraire, les bords de la calotte polaire sont dépourvus de nuages pendant des semaines et des mois. Des projections brillantes ressortent du bord de la calotte polaire sur

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les régions avoisinantes plus sombres du disijue. Ces projections et les parties détachées analogues de la calotte restent constamment visibles pendant des semaines, sans changement important de forme ou de netteté de contour. Ce ne sont pas des nuages. Pour un oliscrvateur éloigné, la présence de nuages .sur la Terre doit être incontestable. Un Martien ne sait pas, sans doute, ce que c'est qu'un nuage. Si les conditions de notre propre atmosphère sont bonnes, les contours principaux des taches de Mars sont toujours visibles. En commençant les observations, la nuit, nous ne demandons pas: « Est-ce que Mars est clair ce soir? » Mais toujours : « Notre propre atmosphère est-elle tranquille? » Nous n'arrêterons pas notre travail parce que ^Lars s'est couvert de nuages, mais parce que notre atmosplière est nuageuse. Mars parait être toujours pur.

La conclusion à tirer de cette argumentation est que, du moment qu'il n'y a pas trace de nuages, les calottes polaires ne nous donnent pas de preuves qu'il existe de la vapeur d'eau dans une atmosphère, ou qu'une circulation des matériaux formant les calottes polaires ait lieu dans une atmosphère (')•

Il y a une autre preuve importante que l'on ne saurait négliger. La planète Mars est beaucoup plus éloignée du Soleil que nous. L'intensité de la chaleur et de la lumière du Soleil n'est égale sur Mars qu'aux trois septièmes de la quantité regue par la Terre; et, cependant, le climat de ^Lars parait plus doux que le nntre. Non seulement les calottes polaires no s'étendent pas sur Mars aussi près de l'équateur que sur la Terre, mais encore elles disparaissent complètement sous l'influence du soleil estival. La calotte polaire australe a disparu entièrement vers le milieu d'octobre dernier (-). Il semblerait être, en effet, facile h un explorateur arctique d'atteindre les pôles de Mars. Tandis que cet état de choses peut être expliqué par le fait que leurs étés sont très longs; nous ne devons pas oublier que leurs hivers sont également très longs, et l'accumulation de neige pendant leurs hivers devrait être proportionnellement grande. Si les calottes polaires représentent de la neige, nous devons considérer que le climat martien est plus doux que le nôtre. Mais, dans ce cas, comment pourrions-nous cxiiliquer l'absence de nuages?

Plusieurs observateurs ont fait i-emarquur ((uc les calottes polaires peuvent consister en cristaux d'acide carbonique congelé. Cette théorie (M peut être

{') Cette coiicliision nous semble ti'op absolue. Un voit quelquefois des nuages ou des brumes. D'un autre côté, la vapeur d'eau peut être à l'état invisible.

(-) Ceci est contredit par les observations faites en novembre ISIii, jiar M. Barnard, à l'Observatoire Licdc. et par nous-mêmes à Juvisy. Les neiges polaires ne paraissent pas l'onilre entièrement.

(') L'idée que les calottes polaires Idanches de Mars pourraient être autre chose que de la neige a été énoncée en septembre ISÛ.' ]ku' M. ILvnvaud. En réijonse à une Note d ;■ M. -Mùuck, M. Ranyard disait entre autres: « Je ne suis pas aussi sur que M. Monck uu mon ami M. Maunder que la lumière du Soleil soit absorbée par de la vapeur d'eau dans l'atmosphère de Mars, et je suis tout à fait préparé à croire que les calottes polaires sont dues à des cristaux blancs (semblables à ceux de la neige) d'aciclecarboriique, ou môme d'an* atmosphérique condensé. » (A'nowiedf/e, octobre 1892, p. 193.)

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soutenue. L'acide carbonique se liquéfie et se congèle lorsqu'on le soumet à un froid intense. Il peut être congelé en une niasse transparente semblable à de la glace, ou bien en flocons aussi blancs que la neige. Les llocons blancs garderaient leur forme et leur couleur aussi longtemps que la température serait inférieure à 78» 4 au-dessous du zéro centigrade. Lorsque la température s'élèverait au-dessus de — 78" -5, les flocons blancs seraient transformés en une vapeur sans couleur. Si les calottes étaient composées de flocons blancs d'acide carbonique, elles augmenteraient ou diminueraient sous l'iniluonce de la clialeur du Soleil, exactement comme nous l'observons. Nous serions alors débarrassés de la nécessité de considérer Mars comme jouissant d'un climat plus doux que la Terre. L'absence de nuages s'expliquerait facilement alors. L'absence spectroscopique d'atmosphère et de vapeur d'eau serait également expliquée. On expliquerait ensuite la netteté d'aspect et la couleur blanche des calottes polaires. Le gaz acide carbonique est un constituant important de notre atmosphère.

M. Stonej- a énoncé une ingénieuse théorie pour expliquer l'absence d'atmosphère sur la Lune, et comment une petite planète peut perdre petit à petit son atmosphère. Sa théorie est basée sur la théorie dynamique des gaz. acceptée par tout le monde (')• D'après cette théorie, tous les atomes ou molécules formant un gaz sont eu mouvement constant et violent. Les petites particules volent avec une rapidité formidable, dépassant, en certains cas, la vitesse de balles de fusil. S'il n'}' avait pas d'empêchement, les particules voleraient toujours, et le gaz serait en conséquence dissipé et perdu. Dans le cas de l'atmosphère d'une planète, la pesanteur est la force qui contrôle les vitesses des particules et les empêche de s'enfuir dans l'espace. Les plus grosses planètes attirent leurs atmosphères plus fortement que les petites planètes, et les gaz lourds sont plus fortement attirés que les gaz légers. M. Stoney a supposé que les vitesses maxima des atomes d'hydrogène, azote et oxygène sont si grandes que, si ces gaz ont jamais existé sur la Lune, la pesanteur de la Lune serait trop faible pour vaincre ces vitesses. Les particules s'envoleraient une à une dans l'espace extérieur pour ne jamais revenir. Il admet que l'on peut ainsi expliquer l'absence d'atmosphère sur la Lune. De tons les gaz, l'hydrogène est le plus léger, et ses atomes volent avec une vitesse supérieure à celle de tous les autres. M. Stoney a trouvé que, s'il existait de l'hydrogène libre dans notre atmosphère, l'attraction ne serait pas capable de l'y maintenir. L'hydrogène libre se serait enfui, atome par atome, dans l'espace extérieur. Il est ensuite arrivé à la conclusion que notre oxygène et notre azote sont trop lourds pour s'enfuir. Maintenant, Mars est intermédiaire en masse entre la Terre et la Lune. Si tous les constituants de l'atmosphère lunaire ont pu échapper à son attraction, et si de l'hydrogène libre a pu échapper à la pesanteur terrestre, il est probable que

(') La théorie cinétique des gaz n'est encore qu'une ingénieuse hupolltèsc, non démontrée, et à laquelle de savants physiciens refusent la valeur d'une réalité.

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tous les gaz légers se seraient émancipés de l'attraction de cette planète. Dans notre atmosphère, la vapeur d'eau est la plus légère; la combinaison d'azote et d'oxygène vient ensuite, comme poids; et le gaz acide carbonique est le plus lourd de tous. Il pourrait arriver à une certaine époque sur Mars — aujourd'hui peutêtre — que l'acide carbonique constituât la majeure partie de son atmosphère. Dans ce cas, la température de la surface de la planète serait probablement très basse, assez basse pour geler l'acide carbonique en flocons semblables à ceux de la neige.

Mais il n'est pas nécessaire que nous renvoyions l'atmosphère dans l'espace. Elle pourrait facilement aller dans l'autre direction. Cette planète est beaucoup plus petite que la Terre. Elle est probablement plus âgée, mais, dans tous les cas, étant plus petite, elle s'est refroidie plus vite. Au fur et à mesure qu'une planète vieillit, une quantité de jdus en plus grande de l'oxygène do son atmosphère est absorbée par sou écoree. Sur la Terre, une certaine quantité d'oxygène est absorbée par le fer et les autres éléments de l'écorce terrestre pour former des oxydes. Il est également possible que d'autres éléments de notre atmosplière passent graduellement dans l'écorce terrestre. Il pourrait ainsi se faire que l'acide carbonique restât en arrière, devenant ainsi plus abondant. Si Mars a possédé à l'origine une atmosphère étendue, il a pu arriver qu'il n'en reste actuellement qu'un faible résidu, et que son caractère primitif en soit radicalement changé. Il est aussi possible que d'autres éléments de l'atmosphère de Mars puissent prendre, sous l'influence d'un froid extrême, la forme et la couleur de la neige. L'hypothèse qui considère les calottes polaires comme composées de neige obligeant à la présence de la vapeur d'eau dans l'atmosphère de Mars, nous conduit à de grandes difflcultés. De plus, cette hypothèse n'est pas nécessaire. Les calottes peuvent être formées d'acide carbonique ou de quelque autre substance très différente de notre neige. [Si je donne une place considérable à la théorie de l'acide carbonique, ce n'est pas que je croie â l'exactitude de cette théorie, mais plutôt pour faire voir que nous ne sommes pas limités à la théorie unique que les calottes représentent de la neige ou de la glace.] Les caractères des atmosphères martienne et terrestre peuvent être différents.

6" Sous plusieurs rapports, Mars ressemble à la Lune qui n'a pas d'atmosphère appréciable. En premier lieu, le pouvoir réfléchissant lumineux diffusif de Mars est très faible, étant un jicu plus grand seulement que celui de notre Lune ou bien de Mercure, qui ne présente aucune trace certaine d'atmosphère. Il est beaucoup plus faible que celui des quatre grandes planètes qui sont recouvertes, nous le savons, de très lourdes atmosphères. Ensuite, le bord de Mars est beaucoup plus brillant que les parties intérieures du disque, exactement comme sur la Lune, et probablement pour les mômes raisons, c'est-à-dire que les surfaces montagneuses des deux globes réfléchissent la lumière i)lus foitcment ([ue les plaines. La surface réfléchissante au centre du disque, dans chaque cas, est