L'ATMOSPHÈRE ET LA RÉFRACTION

281. L'atmosphère. — Entre les regards de l'observateur qui tourne ses yeux vers le ciel, entre ses instruments et les astres qu'il étudie, un milieu gazeux est interposé, milieu dont l’astronome ne peut faire abstraction, car c’est à travers lui que se font toutes ses observations et toutes ses mesures.

Souvent, l'agitation des couches dont il est formé, quoique leur ensemble paraisse transparent au premier abord, trouble les images des astres au point d’en rendre impossible ou tout au moins difficile l'observation précise dans les instruments, réfracteurs ou réflecteurs; et, toujours, son interposition entre l'œil et les astres qu'ils étudient oblige les astronomes à faire subir aux déterminations angulaires qu'ils exécutent des corrections plus ou moins importantes.

Ce milieu est la cause même de certains phénomènes comme les étoiles filantes, les aurores polaires. Les mouvements dont il est le siège permanent dépendent du Soleil, soit par suite du rayonnement calorifique de celui-ci, variable, suivant les saisons, pour les divers points de la Terre, soit par suite des fluctuations périodiques ou accidentelles de son activité. L'étude de ce milieu est donc inséparable de celle du ciel.

Ce milieu c’est l'Afmosphère.

L'atmosphère est une couche gazeuse qui enveloppe complètement la Terre, et dans laquelle nous sommes immergés, dans laquelle nous vivons, en empruntant à l’un de ses éléments, l'oxygène, ce qui nous est nécessaire pour respirer : le mélange gazeux qui la compose se nomme l'air atmosphérique ou, plus simplement, « l'air ».

L'air étant réparti autour du globe terrestre en couches concentriques, l'ensemble de l'atmosphère qu'il constitue doit épouser la forme générale de la planète; et sans doute le sphéroide gazeux ainsi formé est-il plus aplati que la Terre ellemême à cause de la force centrifuge plus grande à l'équateur et de la distance plus grande des molécules gazeuses à l'axe de

rotation. Il est, d'ailleurs, infiniment probable que, comme l'Océan, l'atmosphère a ses « marées »; mais cette conclusion, certaine théoriquement, n’a pas encore reçu, dans la pratique, de vérifications suffisamment probantes.

282. Hauteur de l'atmosphère. — On doit à Torricelli une expérience classique qui montre l'existence de la pression atmosphérique en même temps qu'elle la mesure. Il a pris un tube fermé par un bout et l’a rempli de mercure. { ela fait, bouchant avec le doigt l'extrémité libre, de façon que le tube füt absolument plein, il l’a retourné sur une cuve contenant du mercure. Celui-ci, au lieu de vider complètement le tube, y restait suspendu sur une hauteur de 76 centimètres. Le poids de la colonne de mercure ainsi suspendue à l’intérieur du tube faisait donc équilibre à la pression atmosphérique qui s'exerçait à la surface du mercure dans la cuve. Et, du mème coup, le baromètre était inventé.

Au premier abord, il sembla que cette expérience décisive pourrait nous fournir très simplement une mesure, tout au moins approchée, de la hauteur de l'atmosphère.

Si, en effet, l'air gardait à toute altitude la mème densité, il suffirait de remarquer qu'il est 10460 fois plus léger que le mercure; l'épaisseur d'air qui équilibre la colonne de 76 centimètres de celui-ci devrait donc avoir une hauteur de 10 460 fois plus grande, c’est-à-dire être de 7950 mètres. On trouverait ainsi une épaisseur de S kilomètres, en chifires ronds, pou l'atmosphère gazeuse qui nous entoure.

Mais c'est un fait d'observation que la densité de l'air qui nous entoure diminue à mesure qu'on s'élève, car les couches d'air supérieures sont forcément moins denses que les coucl inférieures dont elles n'ont pas à supporter le poids. Il at fallu se baser sur d'autres considérations pour évaluer la ha limite à laquelle il-y-a-encore de l'air en quantité appi

COMPOSPEITON DE EEAMOSPEREESE

nt les étoiles filantes nous ette hauteur est d'environ disparition environ 70 kiloest donc us pouvons, K ns cette épais-

ile

r ce nombre.

. d’ailleurs, est 1 montre, en eflet, que

: du ciel, qui continue par

de la lumière sur les molécules eme apres le couc her du Soleil, ymplètement quand le Soleil est

incliné de 18 degrés au-dessous de l’horizon : cela permet, au moyen d’une petite opération detrigonométrie qu'in-

lique la figure, de déterminer l'épaisseur de l'atmosphère, et on trouve ainsi 80 kilomètres (/ig. 180).

d’eau contenue dans l'atmosphère; c'est la zone des perturbations. Au-dessus d'elle, entre 3 500 et 11000 mètres d'altitude, commence une zone plus calme où l’on ne rencontre guère de mouvements horizontaux, sauf dans les couches supérieures où se manifestent les courants de retour qu'on appelle les « contre-alizés ». L'ensemble de ces deux couches atmosphériques, du sol jusqu'à 10 000 à 12 000 mètres, constitue le troposphère.

Au-dessus commence une couche dont les tranches, en repos, sont de densités décroissantes : la température y est toujours très basse. C’est la sfratosphère, qui s'étend jusqu'à la limite de 80 à 100 kilomètres. Au delà de la stratosphère se trouve une atmosphère tres raréfiée, à peu près composée exclusivement d’hélium, d'hydrogène et d’un gaz encore inconnu sur la Terre, que

Mais cette épaisseur de 80 kilomètres FIG. 180. — ÉPAISSEUR de l'ATMOSPHÉÈRE, déduite l'analyse spectrale a identifié dans le

est loin de contenir de l'air « propre à de la durée du

la vie »; la pression s'y raréfie rapide-

ment et, à 80 kilomètres, elle ne doit plus être qu'une fraction très petite demillimetredemercure. L’atmosphère «vitale », celle ans laquelle se meuvent les oiseaux, ne s'élève certainement

An

pas à 10 000 mètres au-dessus du niveau des mers : le condor, qui est l'oiseau volant le plus haut, ne dépasse pas 8000 mètres. Le « record d'altitude » en ballon monté (Berson en 1901) est

de 10 800 mètres : encore les acronautes ne pouvaient-ils exister à cette hauteur que grâce à des inhalations d'oxygène, et le record d'altitude en avion est d'environ 12000 mètres. Cependant, à 37 700 mètres, il reste encore assez d'air pour soutenir un ballon-sonde, ballon aban-

donné dans l'atmosphère et portant des instruments enregistreurs : c'est l'altitude atteinte en 1913 par un ballon-sonde lancé par l'observatoire de Pavie : le baromètre n’y marquait plus que 2 millimètres de pression.

Quoi qu'il en soit, nous considérons l'atmosphère effective comme limitée à cette épaisseur de S0, de 100 kilomètres au maximum. Au delà commence une atmosphère dont les traces infinitésimales de gaz sont à peu près uniquement constituées d’hélium et d'hydrogène. C’est dans l'atmosphère e/Jective que se trouvent l'azote et l'oxygène.

283. La troposphère et la stratosphère. Cette couche elle-même, qui constitue l’atmosphi re effective, se subdivise en

tranches ayant des propriètes différentes

À la partie inférieure, entre le sol terrestre et l'altitude de 3500 méti lviron, est une trancht l'ail lans laquelle se fontt | perturbations atmosphériqu tes, bourrasqu | . Dans cette couch race al pétuel

brassage“ | 1 eI ce Cceux-CI pl nten l lang

en proport( n Ï n

F1G. 181 ÉPAISSEUR de l'ATMOSPHERE

stante: c'est ( n cette couche qi par rapport à celle de l'ÉCORCE et presque totalité uI au RAYON de la Terre

CRÉPUSCULE. spectre des aurores polaires et qui est

analogue au coronium de la couronne solaire : on le nomme le géocoronium.

C'est dans cette zone hydrogénée et raréfiée qu'apparaissent les étoiles filantes : grace à leurs énormes vitesses, elles arrivent à l’incandescence par frottement contre les molécules, même très raréfiées, d'hydrogène. Mais en pénétrant dans l'atmosphère effective, à SO kilomètres, elles entrent dans la zone de l'azote, qui les refroidit, et l'incandescence cesse.

La zone de | hydrogène se continue ainsi jusqu à 200 kilomètres d'altitude, à laquelle

le géocoronium commence à

Aurores polaires .

ètre dans la même proportion; plus haut, c'est lui qui l'emporte et qui finit par constituer à lui seul l'atmosphère, raréfiée au delà de toute limite, qui se trouve à des altitudes supérieures à 500 kilomètres. C'est dans ces tranches élevées que se produisent les aurores polaires par l’arrivée des poussières électrisées chassées loin du Soleil par l'effet de la « pression de radiation ».

284. Composition de l’atmosphère. — Ainsi, par l'étude de l'épaisseur et de la limite de l'atmosphère, nous sommes conduits à la connaissance d’un élément nouveau qui entre dans sa constitution. Rappelons brièvement les éléments ordinaires qui composent l'air É :

de la troposphère. RE £foiles

D'abord, il v a l'oxveène et Eli l'azote, à peu près dans la proportion de 1 à 4, exactement 20,81 d'oxygène et 79,18 d'azote, avec des quantités très faibles d'acide carboni- £ que, d'ammoniaque, d'ozone, - CETTE COTTON)

I D RE te 2 me

d'hydrocarbures. L'oxygène

entretient les combustions et

la respiration; | azote, chimi- PÉTER 1 quement plus inerte, le dilue " +] ? Ë Ballon dans la proportion qu'il faut . monté Avion pour que nos organes ne L AC Us

soient pas « brülés » par lui.

Telle est la composition à :

TU ec SC. Coupe générale de l'ATMOSPHÈRE peu près constante de l'air, tnt

puisé dans les couches infé- ses couches successives.

CES

la non-constance absolue de sa composition a amené les chimistes à dire qu'il n'était pas une combinaison, mais un simple « mélange » de l'oxygène et de l'azote, que l'on croyait étre, jusqu'en 1852 et depuis Lavoisier, les seuls gaz simples constitutifs de l'air atmosphérique.

Mais, en 1882, lord Rayleigh et sir William Ramsay firent une découverte capitale : ils constatérent, en étudiant les causes d’un écart entre les résultats de leurs déterminations de densités gazeuses, qu'il y avait dans l'air un rouvel élément, plus inerte encore que l'azote : l’argon, qui entre pour un centième dans la composition de l'atmosphère. Puis, par une série de travaux remarquables et désormais historiques, ils découvrirent, à l'aide de la distillation fractionnée de l'air liquide, successivement le krypton, le néon, le œénon, et ils y constatérent la présence de l’hélium et de l'hydrogène. é

Pour fixer par des nombres la proportion de ces différents gaz dans l'atmosphère, nous dirons simplement que, dans un million de litres d'air atmosphérique, contenu par conséquent dans un cube de 10 mètres de côté, il y a 208600 litres d'oxygène, 781600 litres d'azote, 9700 litres d’argon, 10 litres de néon, 1 litre de krypton, 1 litre d’hélium, un vingtième de litre de xénon et environ 20 litres d'hydrogène. C'est l’analyse de l'air dans les couches inférieures de l’atmosphère. Au delà de 100 kilomètres d'altitude, nous le répétons, on ne trouverait plus que de l'hélium et de l'hydrogène, et au delà de 500 kilomètres, on trou- | verait surtout du géoco- | | ronium. L'hélium, presque aussi léger que l'hydrogène | densité de l'hydrogène par | rapport à l'air, 0,069; den- | sité de l'hélium, 0,1368) se trouve, par sa légèreté même, appelé à se diffuser dans les couches supérieu- o E res de l'atmosphère.

En effet : en vertu des lois du mélange des gaz, cha- | FR FR:

quegazdoitserépartirdans 0 20 50 100 l'air comme s'il était seul: AO pEReS parconséquent,à une même Fi1G. 182.— PROPORTIONS de l'Oxysène (O), hauteur dans l'atmosphère, de l'Hydrogène (EH) et de l'A zote (Az) aux deux gaz de densités diflé- DUREE RENE SMEEUEEUNRS rentes ne peuvent pas avoir la mème pression, et dans le mélange résultant de la répartition simultanée de tous ces gaz, chacun d'eux agissant comme s'il était seul, les proportions de ces éléments varieront avec leurs densités, les plus légers étant les plus abondants dans les couches supérieures où les plus lourds n'arrivent que péniblement, retenus qu'ils sont par leur poids spécifique dans les couches inférieures.

On a pu calculer cette proportion : au niveau du sol, l'air contient, en chiffres ronds, 21 parties d'oxygène, 78 d'azote, 1 d'argon; l'hydrogène entre à 1/20000 et lhélium à un mil lionième. À 20 kilomètres de hauteur, la proportion d'azote est déjà 84 au lieu de 78, tandis que celle de l'oxygène n'est plus que 15. L'hydrogène et l'hélium sont en proportion deux fois plus forte qu'au niveau du sol. À 50 kilomètres, l'air contient encore 79 0/0 d'azote, mais ne renferme plus que 70/0 d'oxygène. Par contre, il S'y trouve 13 0/0 d'hydrogène et 1/20 0/0 d'hé lium. A 100 kilomètres, l'oxygène a disparu: il ne reste plus que 1/10 0/0 d'azote; par contre, il y a 1,2 0/0 d'hélium et 99,5 0/0 d'hydrogène, qui constitue ainsi la presque totalité du peu d'air atmosphérique qui subsiste à ces hauteurs.

rieures de l'atmosphère :

BE

Az AZ (+

285, Les poussières de l'air et la couleur bleue du ciel,

- Une des particularités qui frappent tout d abord l'observa teur du ciel, c'est sa couleur bleue. A quoi tient cette couleur? Représente-t-celle la couleur de l'espace intersidéral ou bien est-elle due à quelque phénomeéne optique particulier?

Nous allons voir que cette couleur bleue du ciel est due à un phénomène optique, la dillusion, et qu'elle a son origine pre mière dans les poussicres et les corpuscules tres petits qui flottent en permanence au milieu de l'air atmosphérique.

L'atmosphère contient, en effet, en suspension des multitudes