LES RADIATIONS SOLAIRES : LUMIÈRE, CHALEUR, ACTIVITÉ CHIMIQUE

Considéré comme source rayonnante, comme foyer de himière et de chaleur, le Soleil est doué d'une énergie prodigieuse, qu'on est parvenu à évaluer approximativement, bien qu'elle dépasse tout ce que l'imagination la plus hardie eût osé concevoir.

D'après les expériences de WoUaston et de Bouguer, le pouvoir éclairant du Soleil équivaut à celui d'environ 70000 bougies placées à un mètre de distance de l'objet éclairé. On suppose le Soleil au zénith, vu par un ciel bien pur; mais il ne s'agit là que de l'éclat de sa lumière à la surface du sol, et les couches atmosphériques en absorbent dans ce cas près des deux dixièmes. Comparée au pouvoir éclairant de la lumière d'un arc voltaïque produit par trois séries de 46 couples Bunsen, l'intensité de la lumière solaire est environ deux fois et demie aussi forte. Quant à l'éclat intrinsèque, il est au moins, d'après Arago, 33 000 fois celui d'une bougie : mais il lîe s'agit là que d'une limite inférieure, et M. E. Becquerel a déduit des expériences de Bouguer et de Wollaston que l'éclat intrinsèque de la lumière solaire est environ 180 000 fois aussi intense que celui d'une bougie.

Huygens estimait la lumière du Soleil au moins égale à 765 millions de fois celle de Sirius. D'après Wollaston, elle est de beaucoup supérieure à ce nombre, et il l'évalue égale à 20 milliards de fois la lumière de la même étoile, qui est la plus brillante du ciel entier. Il résulte de là que, pour voir le Soleil se réduire à un point lumineux dont l'éclat serait égal à celui de Sirius, il faudrait que la Terre s'éloignât dans l'espace à une distance d'environ 140000 fois sa distance actuelle à l'astre radieux, hiversement, si Sirius s'approchait de nous,

de manière à prendre la place de notre Soleil, sa lumière équivaudi'ait à celle de 94 soleils semblables au nôtre! Enfin, comparée à l'éclat de la pleine Lune, la lumière du Soleil est 800 000 fois plus éclatante que celle du disque lunaire (Wollaston). Cela revient à dire qu'il faudrait 800000 pleines lunes dans le ciel pour produire un jour aussi éclatant que celui du Soleil sans nuages.

J. Herschel, Pouillet, et après eux divers physiciens ont mesuré l'intensité de la chaleur solaire à la surface du sol terrestre ; il résulte de leurs expériences et de leurs calcjils ^ que la Terre reçoit en une année une quantité de chaleur qui surpasse douze cents quintillions de calories (une calorie est la chaleur nécessaire pour élever de 1 ° la température d'un kilogramme d'eau). Mais le Soleil ne rayonne pas seulement sur la Terre, et pour avoir l'intensité totale de sa radiation dans l'espace, il faut multiplier le nombre précédent par 2150 000000. On trouve alors, d'après Pouillet, que «si la quantité totale de chaleur émise par le Soleil était exclusivement employée à fondre une couche de glace qui serait appliquée sur le globe solaire et l'envelopperait de toutes parts, cette quantité de chaleur serait capable de fondre en une minute une couche de 1 1",80 d'épaisseur, en un jour une couche de 17 kilomètres. » Cette même quantité de chaleur, dit Tyndall, « ferait bouillir par heure 2900 milliards de kilomètres cubes d'eau à la température de la glace. Exprimée sous mie autre forme, la chaleur émise par le Soleil en une heure est égale à celle qui serait engendrée par la combustion d'une couche de houille de 27 kilomètres d'épaisseur. »

John Herschel a encore fait la comparaison suivante, qui, sous une forme originale, montre quelle est l'activité de l'immense foyer dont la Terre absorbe une fraction au plus égale à 1/2 150000000:

1. Voyez à ce sujet notre monographie du Sulell, pages 19 et suiv.

« Imaginons, dit-il, qu'une colonne cylindrique de glace de 18 lieues de diamètre soit incessamment laiicée dans le Soleil, et que l'eau fondue soit aussitôt enlevée. Pour que toute la chaleur solaire fût employée à la fusion de la glace, sans qu'aucun rayonnement extérieur se produisît, il faudrait lancer le cylindre congelé dans le Soleil avec la vitesse de la lumière. Ou si l'on veut, la chaleur du Soleil pourrait, sans diminuer d'intensité, fondre en une seconde de temps une colonne de glace de 4120 kilomètres carrés de base et de 310 000 kilomètres de hauteur ! »

Pour donner enfin une idée de cette prodigieuse activité calorifique, supposons qu'elle soit convertie en puissance mécanique, et évaluons la somme des forces qu'engendrerait, à la surface de la Terre seule, la fraction si minime de la chaleur solaire reçue par notre planète. Nous trouvons alors qu'en une année, chaque mètre carré de la surface de la Terre reçoit 2318 1 57 calories : c'est plus de 23 millions de calories par hectare, c'est-à-dire 9 852 200000000 kilogrammètres. Ainsi la radiation calorifique du Soleil, en s'exerçant sur la superficie d'un de nos hectares, y développe sous mille formes diverses une puissance qui équivaut au travail continu de 4163 chevaux -vapeur. Sur la Terre entière, c'est un travail de 21 7 3 1 6 000 000 000 chevaux-vapeur.

543 milliards de machines d'une force efi"ective de 400 chevaux, travaillant sans relâche le jour et la nuit, voilà donc ce que vaut, pour notre planète seule, la radiation calorifique du Soleil.

En analysant les radiations solaires, les physiciens ont démontré qu'on peut les ranger en trois classes, selon que les effets produits par elles sont calorifiques, lumineux ou chimiques. On vient de voir quelle est l'intensité des deux premières, il reste à dire quelle est la puissance des radiations chimiques. Deux chimistes contemporains, Bunsen et Roscoe, ont

trouvé que cette puissance peut se mesurer par le volume d'un mélange de gaz hydrogène et de chlore que l'action des rayons solaires pourrait transformer en gaz acide chlorhydrique. Voici à quel résultat ils sont parvenus :

En une année, la couche de gaz acide chlorhydrique que les radiations chimiques du Soleil aidaient la puissance de combiner, sur toute la surface du globe terrestre, atteindrait une épaisseur de 4600 kilomètres. Convertie en chaleur, cette puissance donnerait plus de 4000 fois le nombre de calories provenant de la radiation calorifique du Soleil, et on a

Fig. 59. Spectres calorifique, lumineux et chimique de la lumière solaire. 1. Spectre calorifique RMT. 2. Spectre lumineux R'M'T'. 3. Spectre chimique R'M'niM"P.

vu plus haut cependant quelle énorme quantité de chaleur le globe terrestre reçoit directement dans le cours d'une année.

En présence de ces résultats de l'expérience et du calcul qui témoignent, à un si haut degré, de la puissance de la radiation solaire, on devait se poser ces questions : Quelle est l'origine de la lumière et de la chaleur du Soleil? Comment s'entretient cette source qui, si l'on ne tenait compte que de la permanence de ses effets dans le cours des siècles historiques, semblerait inépuisable? Ne finira -t-elle point par s'affaiblir et s'épuiser un jour?

L'incandescence du Soleil ne peut être produite par une simple combustion, car les matières qui le composent sont de même nature, on le verra plus loin, que les substances terrestres; or il n'est pas douteux que leur énergie chimique ne pourrait suffire à entretenir l'incandescence solaire. « Si le Soleil était un bloc de houiHe, dit Tyndall, et qu'on lui fournît assez d'oxygène pour le rendre capable de brûler au degré de la radiation observée, il serait entièrement consumé en 5000 ans. » D'autre part, s'il ne répare point ses pertes, en lui supposant la chaleur spécifique de l'eau, le refroidissement de sa masse totale serait de plus d'un degré par année.

On a supposé que le frottement contre l'éther, provenant du mouvement de rotation, pouvait compenser la dépense de chaleur du Soleil; mais la force totale de la rotation solaire, fût-elle convertie en chaleur, ne pourrait suffire, à plus de deux siècles de la radiation. Une hypothèse plus hardie et plus vraisemblable est celle qu'avait émise un physicien anglais contemporain, W. Thomson : ce savant pensait que la radiation solaire est entretenue par une chute incessante, par une pluie continue de météorites à la surface du Soleil, le mouvement de chacun de ces corpuscules se transformant nécessairement en chaleur au moment de la chute ' . Mais il abandonna cette théorie parce qu'elle supposait, dans le voisinage du Soleil, l'existence d'un milieu assez résistant pour

1. Voici comment Thomson lui-même rend compte à la fois et du phénomène qu'il regardait comme la cause de l'entretien de la chaleur solaire et des raisons nouvelles cjui la lui ont fait abandonner : « Des considérations purement dynamiques m'avaient amené depuis longtemps à abandonner comme très-improbable l'idée que la chaleur du Soleil est reproduite d'une manière dynamique par les météores qu'il reçoit chaque année. Mais maintenant l'analyse spectrale vient trancher définitivement la question contre cotte hypothèse. Chaque météore qui circule autour du Soleil doit, dans sa chute vers ce globe, suivre une ligne spirale presque insensible; avant d'arriver sur le Soleil, il a dû. se trouver, pendant fort longtemps, exposé à une chaleur de rayonnement énorme, et doit par conséquent avoir été réduit en vapeur avant de toucher la surface solaire. Ainsi, en admettant l'hypothèse da

troubler les mouvements des comètes à leur passage au périhélie, hypothèse démentie par l'observation.

L'hypothèse aujourd'hui la plus probable est celle qui attribue l'origine et l'entretien actuel de la puissance rayonnante du Soleil à la transformation de la force de gravité en chaleur et lumière. A l'origine, le monde solaire tout entier^ était une nébulosité immense dont les molécules se sont peu à peu réunies en un centre principal sous l'influence de la force de gravitation dont elles étaient douées. La conversion en chaleur de cette force, d'après les calculs d'Helmholtz et de Thomson, est suffisante pour rendre compte en totalité, pendant une longue série de siècles, de l'énorme radiation calorifique, lumineuse et chimique du Soleil. Mais il est possible, il est probable même que le Soleil se refroidit, que son approvisionnement peu à peu diminue, et que d'année en année, de siècle en siècle, sa radiation s'affaiblit, de sorte qu'on doit prévoir un temps où ses radiations seront éteintes, où la vie, qui ne pourrait subsister sans elles à la surface des planètes, aura disparu. Il ne parait pas que le Soleil rayonne ainsi depuis plus de 500 millions d'années, et, d'après Helmholtz, il a dépensé déjà les |||- de sa puissance en chaleur : mais n'eussions-nous encore devant nous qu'une période 500 fois moins longue, la perspective serait néanmoins rassurante pour bien des générations humaines, et la vie persisterait sur notre Terre pour une longue suite d'âges.

Mayer, c'est le frottement entre les tourbillons de vapeurs métdoriques et Tatmosplièrc du Soleil qui doit être la cause immédiate de la chaleur solaire; alors la -vitesse avec laquelle ces vapeurs circulent autour de l'équateur du Soleil doit être d'au moins 435 kilomètres par seconde. Or, la vitesse relative maxima trouvée par Lockyer, d'après l'observation spectrale, pour différentes vapeurs dans l'atmosphère du Soleil, est à peine égale au vingtième de ce chifl're. » (Discours prononcé en 1871 à l'Association britannique pour l'avancement des sciences.)

1. Voir, dans la troisième partie du Cill, le chapitre intitulé : Or'qine et formalion du monde solaire.