POLARISATION ET ANALYSE SPECTROSCOPIQUE DE LA LUMIÈRE ZODIACALE

Avant d'aborder les hypothèses qu'on a proposées pour l'explication cosmique ou physique du phénomène, disons ce qu'on sait dé la lumière considérée en elle-même. Est-ce la lumière réfléchie du Soleil, ou une lumière propre émanée d'une matière incandescente ou phosphorescente?

Le télescope, Humboldt le reconnaît dans son Cosmos^ n'avait pu élucider la question ; il ne décelait dans la lueur rien qui eût une apparence d'étoiles, de points lumineux isolés. Arago, en mars 1843, appliqua le polariscope à la lumière zodiacale ; les deux images données par l'instrument n'accusèrent ni une différence de couleur ni une variation d'intensité. M. Liais, en 1838, bien qu'observant sous l'équateur et avec un polariscope chromatique, ne fut pas plus heureux. Mais ces résultats négatifs n'étaient pas définitifs, ainsi que l'illustre secrétaire de l'Académie des sciences l'avait fort bien soupçonné. Avec des instruments plus sensibles et des précautions particulières pour donner à sa vue toute la pénétration possible, un observateur américain, M. A. Wright, a reconnu au contraire la polarisation de la lumière zodiacale, dans un plan qui passe par le Soleil; la proportion de lumière polarisée n'est pas moindre, selon lui, de 15 à 20 pour 100. Entre autres conclusions de ses observations, faites en janvier et février 1874, M. Wright donne celle-ci : « La lumière provient du Soleil et est réfléchie par une matière solide. Cette matière consiste en petits corps ou météorides, faisant leurs révolutions autour du Soleil dans des orbites voisines de l'écliptique. »

Ce qui, dans cette conclusion, concerne l'état physique de la matière réfléchissante, est déduit des observations spectroscopiques, que fit à la même époque le savant américain. Il tronva en effet, pour le spectre de la lumière, « un spectre continu, ne différant pas sensiblement (sauf en ce qui concerne l'intensité), du spectre solaire, dépourvu en tout cas de toute ligne ou bande brillante analogue à celle de l'aurore boréale. » Le résultat important de la continuité du spectre de la lumière zodiacale avait été obtenu antérieurement par }!. P. Smyth, puis par M. Liais, qui croyait cependant à la possibilité de l'existence de faibles lignes noires. Mais il faut dire que d'autres observations contredisent complètement celles que nous

venqns de rapporter. M. Respighi, en janvier et février 1872, analysa la lumière zodiacale à l'aide d'un spectroscope à vision directe, et « il trouva bien marquée la raie connue d'Angstrôm dans le vert, » raie qu'il observa à la même époque dans le spectre d'une aurore boréale. « Ce fait, dit M. Respighi, que confirme une observation semblable, faite par Angstrôm en mars 1867, me semble assez important, car il tendi'ait à montrer l'identité de la lumière de l'aurore boréale avec la lumière zodiacale, et par suite la probabilité de l'identité de leur origine. »

M. Tacchini, en rapportant les observations de M. Wright, rappelle qu'en avril 1872, il analysa, avec M. P. Smyth, la lumière zodiacale, qu'il lui trouva un spectre continu; mais que néanmoins il y avait une zone vive nettement limitée, qui se fondait latéralement, ce qu'on n'obtient jamais d'une faible lumière solaire. Le savant astronome de Palerme ci'oit pouvoir en conclure que « la lumière zodiacale n'est pas seulement la lumière solaire réfléchie par des corpuscules météoriques; outre les particules solides capables de donner, par réflexion, le spectre et la polarisation observées par M. Wright, la masse lenticulaire peut renfermer quelque substance maintenue par la chaleur solaire dans un état physique tel, qu'il en résulte un spectre particulier analogue au spectre des comètes ou de l'atmosphère coronale. »

Il reste à savoir si ces observations qui, sans être conliadictoires, ne sont pas concordantes, n'ont pas leur raison da:is les variations accidentelles de la lumière zodiacale. Mairaji avait signalé déjà dans la lueur des changements d'éclat d.^ courte durée, qui se manifestaient dans le cours d'une'même nuit, et auxquels il appliquait le mot de scintillation. Humboldt, observant dans les régions tropicales de l'Amérique du Sud, vit souvent la lumière, quand elle venait d'atteindre son maximum d'intensité, s'affaiblir tout à coup, puis reprendre peu après et tout aussi vite son éclat primitif : il lui semblait

que la pyramide lumineuse était traversée par une rapide ondulation. M. Liais, au Brésil, n'a pu constater ce genre de fluctuations, qui pourraient avoir pour cause, aussi bien des variations dans les couches atmosphériques, que des changements réels dans la lumière zodiacale. Mais, si l'on n'est pas sûr que les variations rapides dont nous parlons proviennent de modifications^réelles dans le phénomène, il est certain qu'il en subit de telles dans le cours de ses apparitions mensuelles ou annuelles ; et cela suffirait à expliquer les différences des résultats obtenus à l'aide de l'analyse spectrale.

§ k. HYPOTHÈSES SUR LA NATURE DE LA LUMIÈRE ZOBIACALE. .

Dominique Cassini, le premier observateur assidu de la lumière zodiacale en Europe, est aussi le premier qui ait déduit de ses observations une théorie du phénomène, et cette théorie est encore aujourd'hui, dans ses traits essentiels, la plus généralement adoptée des astronomes.

.Le mouvement propre du cône lumineux vers l'Orient, c'est-à-dire dans le sens du Soleil, difficile à constater d'une soirée à l'autre, à cause de la terminaison mallimitée du cône et de ses variations en longueur, a été nettement reconnue par lui, d'un mois au mois suivant. La direction de son axe qui passe à peu de chose près par le lieu du Soleil, et qui est couché, sinon dans l'écliptique, du moins dans un plan peu différent, lui parut coïncider avec l'équateur solaire. L'apparence elliptique ou lenticulaire du cône lumineux s'accordait bien, selon lui, avec l'hypothèse de l'existence, dans le plan de cet équateur, d'une matière répandue dans l'éther, et rayonnant vers la Terre soit une lumière propre, soit la lumière réfléchie du Soleil. Enfin, les élongations de 75°, de 90" et même de 100°, mesurées par le célèbre astronome, prouvaient que l'étendue de la lumière zodiacale va du Soleil jusqu'au

delà de l'orbite de Vénus, atteint même et dépasse, dans certain cas, l'orbite de la Terre.

Quant aux variations d'étendue que présente la lumière zodiacale dans le cours d'une année, ou dans les années successives, Cassini s'en rendait compte en la supposant sujette aux mêmes vicissitudes que les taches du Soleil ; il attribuait au Soleil une tendance à refouler la matière dans le plan de son équateur ^ , et cette force impulsive variait d'intensité dans le cours des années comme celle qui donne naissance aux taches et aux facules. Enfin, frappé de la similitude d'apparence de la lumière zodiacale, de la Voie Lactée et de certaines nébuleuses, Cassini se demandait si cette lueur n'était pas formée d'une infinité de coi^ps, de petites planètes, comme les autres le sont d'une multitude d'étoiles.

Mairan adopta les vues de Cassini sur la disposition de la lumière zodiacale ; mais il la considérait comme étant l'atmosphère même du Soleil, ne réfléchissant point que, selon les lois de la dynamique, l'atmosphère d'un corps soumis à un mouvement de rotation ne peut s'étendre au delà du point où la force centrifuge fait équilibre à la pesanteur; ce point, pour le Soleil, n'atteint pas l'orbite de Mercure.

Euler admettait la forme lenticulaire de la lumière zodiacale; mais il ne croyait pas que la matière dont elle est formée s'étendit jusqu'au Soleil, et il en faisait un anneau qui entoure cet astre à distance, comme l'anneau de Saturne entoure cette planète. Bien que partisan de la théorie des ondes lumineuses, il donnait pour origine et pour cause à cette matière l'impulsion des rayons sur l'atmosphère primitive, très-étendue, du Soleil. Ces idées d'Euler et celles de D. Cassini

1. « Le Soleil même, dit-il, pourroit Lien envoyer par son mouvement autour de son axe, selon le plan de l'équinoxial et selon ceux des orbes de Mercure et de Vénus, jusqu'à l'orbe de la Lune, de la matière d'une subtilité médiocre, capable de faire une réflexion ou une réfraction particulière de ses rayons, en sorte qu'elle nous fit l'apparence de cette lumière. »

semblent une ébauche de la grande hypothèse de Laplace sur Torigine et la formation du monde solah^e. Voici ce que le grand géomètre dit à propos de la lumière zodiacale : « Si dans les zones abandonnées par l'atmosphère du Soleil, il s'est trouvé des molécules trop volatiles pour s'unir entre elles ou aux autres planètes, elles doivent, en continuant de circuler autour de cet astre, ofTrir toutes les apparences de la lumière zodiacale, sans opposer de résistance sensible aux divers corps du système planétaire, soit à cause de leur extrême rareté, soit parce que leur mouvement est à fort peu près le même que celui des planètes qu'elles rencontrent. »

Tous les savants que nous venons de citer, et il faut joindre à leurs noms ceux d'Arago, de Humboldt, de sir J. Herschel, de Biot, sont d'accord pour attribuer la lumière zodiacale au Soleil, faisant de cet astre le centre, tantôt d'une enveloppe plus ou moins plane ou lenticulaire, tantôt d'un anneau nébuleux plus ou moins aplati (fig. 257). Ils ne se prononcent point sur sa forme extérieure, sur la question d'une excentricité plus ou moins forte, qui pourrait rendre compte des variations de son étendue apparente.

Mais il nous reste à signaler une hypothèse bien différente due à M. G. Jones, le savant observateur de la lumière zodiacale au Japon, en Californie et dans les mers australes.

Fig. 2,i7. Théorie de la lumière zodiacale. Hypothèse d'un anneau lenticulaire ayant le Soleil pour centre.

Ce n'est point le Soleil, mais la Terre qui est, pour lui, le centre de la nébulosité lumineuse : en un mot, la lumière zodiacale est im anneau de la Terre, intérieur à l'orbite de la Lune, et c'est la lumière du Soleil réfléchie par la matière dont il est composé qui rend compte des apparences observées. Il s'appuie sur la loi de Bouguer, d'après laquelle la quantité des rayons réfléchis diminue à mesure que l'angle d'incidence augmente; sous une certaine incidence, les l'ayons réfléchis sont en si petite quantité qu'ils ne sont plus perceptibles; de là vient que la portion visible de l'anneau ne s'étend que jusqu'à une certaine hauteur au-dessus de . l'horizon, hauteur variable avec l'inclinaison de cet horizon sur les rayons solaires (par l'effet du mouvement diurne), et que la largeur de cette portion diminue vers le sommet du fuseau lumineux. M. Jones présente encore à l'appui de sa théorie les faits suivants qui résultent de ses observations : « 1° Quand j'étais au nord de l'écliptique, la partie principale de la lumière zodiacale se voyait au nord de cette ligne; quand je me trouvais au sud, la lumière se voyait du côté méridional ; quand ma position était sur l'écliptique ou voisine de ce plan, la lumière était partagée également par l'écliptique. 2° Quand, par la rotation de la Terre, j'étais rapidement entraîné vers l'écliptique ou éloigné de ce plan, le changement du sommet du cône et de la direction de ses limites était égal et correspondant à mon propre mouvement; enfin, avec les changements de position de l'écliptique, la forme tout entière de la lumière zodiacale se trouvait changée. »

Nous avons résumé les faits et les hypothèses. C'est tout ce que nous pouvions faire dans l'état actuel de la science, sur ce phénomène toujours mystérieux de la lumière zodiacale.