THÉORIE DE LA CONSTITUTION PHYSIQUE DU SOLEIL, DE M. FAYE

Un astronome français, M. Faye, après une critique approfondie des hypothèses anciennes et modernes, et une étude suivie des faits nouveaux révélés par le télescope et l'analyse spectrale, a proposé une théorie que nous allons essayer de résumer dans ses traits essentiels ^ .

1. Nous suivons, pour cette analyse, les deux dernières notices publiées par M. Faye dans les années 1873 et 1874 de VAnnuaire du Bureau des longitudes. Le savant académicien a modifié considérablement, sur divers points, ses premières vues exposées en 1865. Il a soutenu depuis contre ses divers contradicteurs une polémique fort longue, dont les phases peuvent

« Le Soleil, dit M. Faye lui-même, est un globe dont la densité moyenne est un peu supérieure à celle de l'eau, mais dont les couches extrêmes sont évidemment gazeuses. La surface de ce globe offre, sur un fond relativement obscur, d'innombrables amas de particules incandescentes solides ou liquides, formant des nuages isolés, très-petits, d'un éclat excessif, à peu près de même structure et de même grandeur. Voilà pour la photosphère . Ce globe parfaitement sphérique tourne autour d'un axe invariable, d'un mouvement de rotation bien différent du nôtre et de celui des planètes de notre système. A sa surface apparaissent de temps en temps des taches noires qui semblent, au premier coup d'oeil, être de simples lacunes dans ce réseau de nuages incandescents ! »

M. Faye laisse un instant les taches pour s'attacher à rendre compte d'un fait capital, que toute théorie du Soleil doit expliquer avant tout, sous peine de pécher par la base, d'être incomplète et défectueuse : le fait de l'énergie actuelle de la radiation, et de sa presque invariabilité ou de sa constance depuis des milliers de siècles. Pour lui « l'énergie et la constance de la radiation du Soleil sont liées aux grains de riz de la photosphère. Or ces nuages incandescents ne peuvent pas toujours durer, toujours émettre avec cette intensité formidable de la lumière et de la chaleur. Il faut qu'ils se renouvellent sans cesse. »

De là l'hypothèse d'une masse gazeuse interne, maintenue en cet état par une température excessive, en général supérieure à celle de la dissociation pour les éléments chimiques qui la composent. Mais les couches extrêmes, par leur rayonnement, se refroidissent, leur température s'abaisse jusqu'au point où les vapeurs métalliques peuvent se combiner avec

être suivies dans les Comptes rendus de l'Académie des sciences, jusqu'à l'époque actuelle, et qu'il serait très-difficile d'analyser dans un aussi court chapitre. Il nous a paru plus sûr de nous en tenir au résumé que M. Faye a fait lui-même dans le recueil périodique cité.

l'oxygène ambiant. « A ce moment, on verra apparaître subitement à la surface de l'astre des nuages de poussières incandescentes d'un éclat incomparablement supérieur à la radiation précédente : la photosphère se sera formée spontanément par suite de l'abaissement superficiel de la température. Mais ces particules solides, beaucoup plus lourdes que la couche gazeuse, commenceront à tomber vers le centre de l'astre. Elles en traverseront les couches successives en regagnant peu à peu, dans ce trajet, la grande quantité de chaleur qu'elles avaient rayonnée tout à l'heure, quand elles étaient suspendues dans la photosphère. »

Parvenues à une couche inférieure de température suffisante pour dissocier de nouveau ces matières, et les réduire en vapeur, elles donneront lieu à un développement gazeux, qui ue pourra s'effectuer sans troubler l'équilibre des couches profondes. Alors naîtront par réaction aux courants descendants, des courants ascendants portant à l'extérieur des aliments nouveaux pour l'incandescence photosphérique.

Ces mouvements incessants, ces pluies de molécules solides vers le centre, leur dissociation, ces courants ascendants gazeux et leurs condensations successives, permettent à la masse entière gazeuse du Soleil de participer à la radiation extérieure; et, comme cette masse est énorme, on peut se rendre compte ainsi de l'entretien de l'énergie pendant un nombre incalculable de siècles.

Il est moins aisé peut-être de se rendre compte de la loi de rotation du Soleil, loi qui fait décroître la vitesse du mouvement angulaire proportionnellement au carré du sinus de la latitude (formule de M. Faye). Ce savant admet que la couche profonde à laquelle arrivent les courants descendants et d'où partent les courants ascensionnels, n'est pas rigoureusement sphérique, mais elliptique ou aplatie aux pôles \ S'il en est

l. Si nous avons bien compris, cet aplatissement serait dû à l'excès de

ainsi, les courants ascendants ont à faire un chemin moindre à l'équateur qu'aux pôles; d'où une rotation d'autant plus rapide que le point considéré est plus près de l'équateur, et « la différence en un point quelconque serait à peu près, selon M. Faye, proportionnelle au carré du sinus de la latitude. »

Quant à l'origine de la chaleur solaire, M. Faye adopte l'hypothèse de la nébulosité primitive de tous les matériaux du système solaire et de leur concentration progressive par l'action prépondérante d'un noyau qui est devenu le Soleil. En tombant vers ce centre avec une vitesse croissante, ces matériaux ont vu leur force vive annulée par le choc ou mieux transformée en chaleur : c'est l'hypothèse d'Helmholtz exposée plus haut. Aujourd'hui encore, par sa radiation incessante, le Soleil se refroidit et se contracte; « ses matériaux se rapprochent du centre, et cette chute continuelle, si faible qu'elle paraisse, donne lieu à une nouvelle transformation de travail en calories très-considérable et peut-être même capable de subvenir en grande partie à la dépense actuelle; mais ces calculs ne saturaient être faits avec quelque rigueur, faute de connaître la loi des densités à l'intérieur du Soleil, et celle de la contraction. »

Contraction progressive et radiation extérieure sont deux termes liés l'un à l'autre. Il serait possible, selon M. Faye, qu'à partir d'une certaine époque, cette double action donnât lieu à quelque intermittence. Par exemple, en approchant de l'extinction finale, la contraction pourrait procéder par saccades; un afTaiblissement brusque de la masse donnerait lieu à un dégagement presque subit de chaleur. Alors l'astre semblera se

vitesse de rotation que possèdent ces couches sur celle des couches extérieures, par suite de l'action différente des courants opposés : les courants descendants amenant au centre des molécules douées d'une plus grande vitesse linéaire, tendent à accélérer la rotation interne; les courants ascendants à ralentir au contraire la rotation externe.

ranimer tout à coup; mais, après avoir de nouveau rayonné quelques mois ou quelques jours avec une énergie nouvelle, son éclat faiblira pour longtemps, sinon pour toujours. Avant d'arriver à ces oscillations extrêmes, les phénomènes beaucoup moins altérés pourront présenter un caractère de périodicité régulière, et telle est, sans doute, la raison du fait découvert par M. Schwabe et mis en pleine lumière par M. R. Wolf (de Zurich).

Dans la théorie de M. Faye, que sont les taches, les noyaux et les pénombres, que sont les facules? Quelle est l'oi'igine ou la cause de ces accidents, si constants dans leur périodicité, de la photosphère ?

Sur ce point important, il se range à la théorie de Wilson, du moins en ce sens ,que les taches ne sont, pour lui, ni extérieures à la photosphère, ni simplement superficielles. Ce sont des cavités, ouvertures ou dépressions de la couche lumineuse. Outre les arguments fournis par Wilson et ses successeurs, ainsi que par les observateurs contemporains, M. Faye a cherché une preuve de cette structure des taches dans un effet particulier de perspective auquel il donne le nom de parallaxe de profondeur. Laissons-le définir cel effet qui affecte le mouvement de rotation des taches.

« Si les taches, dit-il, sont fixées à la surface, leurs mouvements, rapportés par le calcul au centre du Soleil, nous paraîtront uniformes dans toute l'étendue du disque solaire, que la tache soit vue au centre ou près de l'un et l'autre bord; mais il n'en sera plus de même si elles sont au-dessus ou audessous de la surface, au-dessus comme des nuages, au-dessous comme des cavités. Dans le premier cas, elles paraîtront, pai*tout ailleurs qu'au centre, un peu plus proches des bords qu'il ne convient; dans le second, elles en seront un peu plus éloignées. Cet effet va croissant, à mesure que la tache se rapproche des bords du disque solaire; il est sensiblement propor-

tionnel à la tangente de l'arc qui mesure la distance de la tache au centre. On voit que la difficulté est ainsi ramenée à une question de calcul. » Or le calcul, selon M- Faye, donne raison à l'hypothèse qui place le noyau des taches au-dessous de la photosphère. La profondeur moyenne qui en résulte est un peu plus grande que la moitié du rayon de la Terre (0,57), ou un peu plus de 900 lieues.

Il est vrai que si le Soleil a une atmosphère extérieure réfringente, l'action de la réfraction produirait les mêmes inégalités apparentes que la parallaxe de profondeur. Mais l'accord des calculs de M. Faye avec les preuves invoquées par le procédé de mesure de Wilson lui paraît suffisant pour trancher la question dans le sens d'une réfraction nulle ou insensible. Il n'y a donc pas d'atmosphère réfringente, et les taches sont des cavités de la photosphère. Reste alors la difficulté d'expliquer les raies obscures du spectre solaire. M. Faye s'en tire, en faisant remarquer qu'il suffit d'une mince épaisseur de vapeurs métalliques enveloppant la partie lumineuse de la photosphère, pour exercer l'absorption élective dont il s'agit; or il n'est nullement nécessaire pour cela que cette faible épaisseur soit disposée en couches régulièrement réfringentes. La chromosphère n'est point une atmosphère formée de couches de niveau, mais un assemblage confus de protubérances ou de flammes s'élevant en tous sens avec une incroyable vitesse, et prenant des formes si capricieuses qu'elles défient toute comparaison.

Enfin, d'où viennent les taches? Quelle en est l'origine, la cause physique ?

Dans une première hypothèse, M. Faye en attribuait la formation aux courants ascendants, venant trouer la photosphère, ce qui les faisait fort ressembler aux éruptions qu'admettent d'autres astronomes. Mais aujourd'hui, il rattache directement la production des taches à la loi de rotation des couches photospliériques et à l'inégalité de vitesse que pos-

sèdent ces couches, à mesure que, dans chaque hémisphère, elles s'éloignent de part et d'autre de l'équateur. De cette différence de vitesse des couches contiguës résultent « des tourbillons verticaux tout à fait analogues à ceux qui se produisent si aisément dans les cours d'eau, partout où une cause quelconque diminue ou augmente la vitesse des tran-

rig. G4. Taclic solaire observée le 2.) juin 18T2, par Taccliini.

ches parallèles au sens du mouvement' ». Les taches solaires sont assimilées encore par M. Faye aux cyclones terrestres, les uns passagers, les autres durant jusqu'à six ou huit jours.

1. Nous avoBS donné déjà des exemples de taches dont les stries des pénombres accusent des mouvements tourbillonnaires Les figures 64 et 65 indiquent aussi des mouvements de ce genre. Mais il est loin d'en être ainsi de toutes les taches. Il est du reste assez difficile d'expliquer, dans la théorie de M. Faye, les directions opposées que paraissent prendre les stries à l'intérieur d'une même tache, et cela lui a été opposé comme une objection. N'est-il pas vraisemblable que toutes les taches n'ont pas même origine, ou si l'on veut, que des causes multiples concourent à la production du phénomène?

Mais comment ces toarbillons produisent-ils noyaux, pénombres, facules? Le voici :

« Les tourbillons de la photosphère absorbent les nuages lumineux de la surface brillante, et comme ils exercent aussi, dans le sens de leur axe, une sorte d'aspiration sur les régions froides placées au-dessus, ils entraînent dans leur entonnoir évasé circulairemeut les matériaux refroidis de la chromosphère; de là un abaissement de température bien capable de donner l'opacité requise au noyau obscur du tourbillon. »

Fig. 65. Taches solaires en forme de tourbillon, d'après Tacchini.

La condensation des granulations lumineuses de la photosphère écartées par le tourbillon, produit les facules autour de l'orifice supérieur de la tache. Les pénombres viennent d'autres granulations lumineuses amenées par les courants ascendants, qui, « saisis par l'abaissement anormal de température qui se produit le long des parois de l'entonnoir, y déposent en longs filaments les produits de leur condensation anticipée ». Enfin les trous les plus noirs des noyaux indiquent une pénétration plus profonde de la pointe du cône tourbillonnant.

La rareté des taches à l'équateiir s'explique par le peu de difTérence de vitesse d'une zone à l'autre dans cette région. Mais pourquoi manquent-elles absolument dans les régions polaires, où, au contraire, cette différence de vitesse est croissante? C'est ce que M. Faye n'explique pas. Quant aux protubérances, elles seraient produites de cette façon : les masses gazeuses aspirées par les tourbillons dans la chromosplière, et entraînées jusqu'à une certaine profondeur, ne tardent pas à s'échapper par l'orifice inférieur, puis à remonter à la surface, surgissant au-dessus de la photosphère en langues de feu plus ou moins élancées. Cette explication, qui subordonne les protubérances aux taches, ne rend pas compte de celles qu'on aperçoit en dehors de la zone des taches et jusque près des pôles.

Telle est la théorie remarquable, quoique à quelques égards insuffisante, à laquelle notre savant compatriote s'est arrêté. De toutes les hypothèses proposées pour expliquer les phénomènes solaires, elle est à coup sûr la plus complète, la mieux liée, celle qui embrasse le plus grand nombre de lois et de faits. Les discussions qu'elle a provoquées, les objections auxquelles elle a donné lieu et qui sont loin d'être toutes levées, à notre avis, laissent dans le doute des points très-importants de la constitution physique du Soleil. C'est à l'avenir de lever ces doutes, de porter la lumière sur les points obscurs, d'édifier enfin la théorie véritable, capable de répondre à la question posée au début de ce chapitre : « Qu'est-ce que le Soleil?» laquelle, on le verra plus loin, permettra de résoudre la question beaucoup plus générale : « Qu'est-ce qu'une étoile ? »

§ 6. RÉSUMÉ DES CONNAISSANCES ACTUELLES SUR LA CONSTITUTION PHYSIQUE DU SOLEIL.

Nous avons donné, dans cette description des phénomènes solaires, la première place aux faits, mais nous ne pouvions terminer sans exposer, sommairement du moins, les principales théories mises en avant pour les interpréter : c'est la part qui revient légitimement à l'hypothèse, sans laquelle aucune science ne pourrait se constituer. Mais il faut se garder de considérer aucune de ces théories, répétons-le, comme absolument confirmée. Du reste, le seul fait de leur opposition, du partage d'opinion qu'on trouve à cet égard chez les astronomes les plus autorisés, suffit pour montrer que la science n'est pas encore faite sous ce rapport. Toutefois, peutêtre est-il possible, avec toute la réserve commandée en un sujet délicat et difficile, de résumer les points admis, les faits qui, dans l'état actuel de la science, paraissent hors de contestation, et de signaler en même temps les points douteux. Selon nous, voici comment on pourrait formuler les uns et' les autres de ces points :

I. La photosphère , ou enveloppe lumineuse d'épaisseur inconnue qui limite le globe solaire, est constituée par des masses nuageuses incandescentes. Les particules matérielles dont ces nuages sont formés, ou qui les rendent lumineux, sont-elles solides ou liquides, sont-elles gazeuses sous certaines pressions considérables? c'est une question qui reste douteuse.

Le spectre de leur lumière est continu.

Le fond, plus sombre, constituant les rides ou les pores de la photosphère, est-il gazeux ou liquide?

IL Les taches solaires sont des dépressions de la masse photosphérique, la pénombre formant les talus de ces espèces

de cavités, et le noyau noir en étant le fond. L'accumulation des éléments lumineux de la photosphère sur les bords extérieurs des taches forme des bourrelets saillants, plus éclatants que le reste du disque : ce sont les facules. De pareilles saillies se voient quelquefois isolément, sans montrer de taches.

III. La photosphère est entourée d'une mince couche absorbante formée par les vapeurs des éléments chimiques de la masse incandescente. Le spectre de cette couche est formé des lignes brillantes constituant les spectres propres à tous ces éléments, mais il n'est directement visible que dans les cas où la couche peut être vue isolée de la photosphère (pendant les éclipses totales). C'est l'absorption élective de cette couche qui produit les raies obscures du spectre solaire.

IV. Les taches sont des régions qui, sous l'influence d'un trouble quelconque, éruptions, toui^billons, refroidissements, deviennent temporairement le siège d'une absorption plus intense, proportionnelle sans doute à l'épaisseur des matières absorbantes qui les ont envahies. Mais il est possible qu'audessous de ces couches subsiste toujours la matière photosphérique lumineuse : en ce cas , la cavité de la tache serait une simple dépression de la photosphère. D'autres pensent qu'il y a, dans les noyaux, une réelle trouée qui laisse voir le noyau interne.

V. La chromosphère est l'enveloppe gazeuse, en grande partie composée d'hydrogène incandescent, qui entoure la photosphère ; la couche mince la plus basse de cette enveloppe, formée des vapeurs des éléments chimiques du Soleil, n'est autre que la couche absorbante mentionnée plus haut.

Les protubérances sont des expansions, des soulèvements de la photosphère, qui transportent parfois à de grandes hauteurs quelques-unes des vapeurs métalliques des couches chromosphériques les plus basses. Parfois, les protubérances semblent n'être pas le produit d'éruptions, mais de simples effets électriques ou magnétiques.

VI. La couronne est une atmosphère hydrogénée du Soleil; mais elle n'a point les caractères d'une atmosphère à couche de niveau, en équilihre, comme l'atmosphère terrestre; c'est comme le résidu des matières les plus légères lancées par les protubérances.

VII. Les astronomes contemporains ne s'accordent point au sujet de la cause productrice des taches. Les uns la cherchent à l'extérieur du globe solaire, soit dans l'action des masses planétaires produisant des sortes de marées dans les couches fluides de l'astre, soit dans la chute des matières cosmiques. D'autres y voient des scories, solides, liquides ou même gazeuses, des morceaux d'une croûte interne. Pour d'autres savants enfin, les taches sont le produit des mouvements intestins qui, comme des éruptions volcaniques, déchirent la photosphère, ou de tourbillons dus à la différence de vitesse des couches concentriques de cette enveloppe.

VIII. Il y a une liaison entre les phénomènes des facules, des taches et des protubérances, bien que ces divers phénomènes ne soient pas tous concomitants. Ils sont certainement l'indice d'une activité propre au globe solaire , et suivent les uns et les autres une certaine périodicité, avec des intervalles réguliers de maxima et de minima. Enfin, il paraît établi qu'il y a un lien entre les manifestations de l'activité solaire et les variations du magnétisme terrestre.

Tels sont, croyons-nous, les résultats les plus immédiats des dernières découvertes, des plus récentes obsei'vations qui ont eu la physique solaire pour objet. Le doute subsiste sur beaucoup de points ; mais il est une dernière question qu'on a agitée autrefois et même résolue affirmativement, au sujet de laquelle, dans l'état actuel des connaissances, il nous semble impossible que l'on conserve la moindre incertitude : c'est celle de savoir si le Soleil est habité, ou mieux, est habi-

table : évidemment une masse incandescente, dont la température atteint certainement quelques milliers de degrés, une masse à la surface de laquelle tous les métaux se réduisent à l'état de vapeur, est incompatible avec l'existence d'êtres organisés, d'être vivants. L'hypothèse du Soleil habité, ou même habitable, est un i^oman qu'il faut laisser aux imaginations amoureuses de l'impossible, mais que ne supporte plus aujourd'hui la sévérité de la science. En admettant un noyau froid, obscur, on pouvait s'exprimer comme le fit Arago, il y a vingt ans, et dire : « Si l'on me posait simplement cette question : Le Soleil est-il habité ? je répondrais que je n'en sais rien. Mais, qu'on me demande si le Soleil peut être habité par des êtres organisés d'une manière analogue à ceux qui peuplent notre globe, et je n'hésiterai pas à faire une réponse affirmative. » Mais depuis la mort de l'illustre secrétaire perpétuel de l'Académie des sciences, l'étude de la constitution du Soleil a fait des progrès tels, qu'il n'hésiterait phis aujourd'hui, nous le croyons du moins, à réformer son opinion. Cela n'ôte rien d'ailleurs à l'importance du Soleil, et si l'astre immense ne porte point lui-même la vie dans son sein, n'oublions pas que, par ses radiations puissantes, il est le grand générateiir de la vie et du mouvement dans tous les astres du monde solaire.

Le Soleil en effet agit sur la Terre, sur chaque planète, par sa masse, soit qu'il la maintienne dans son orbite à des distances dont la variabilité est réglée par des lois inflexibles, soit qu'il combine son action avec celle de la Lune pour produire le mouvement oscillatoire semidiurne des eaux de l'Océan, les marées. La chaleur des rayons solaires est la cause principale des perturbations d'équilibre des couches atmosphériques. C'est elle qui donne naissance aux vents, aux courants aériens et pélagiques, à la vaporisation de l'eau des fleuves, des lacs, de la mer, et qui produit ainsi une circulation continue des fluides à la surface de la planète. Cette

action se trouve être ainsi le principe des modifications séculaires des couches géologiques, par la dégradation lente mais continue des roches, et par les transports de matières dus aux courants. C'est la chaleur et la lumière de l'astre central qui distribuent partout la vie aux êtres du monde végétal et du monde animal. « Tantôt, dit Humboldt [Cosmos, III, 428), son action se manifeste tranquillement et en silence par des affinités chimiques, et détermine les divers phénomènes de la vie, chez les végétaux, dans l'endosmose des parois cellulaires, chez les animaux, dans le tissu des fibres musculaires ou nerveuses; tantôt elle fait éclater dans l'atmosphère le tonnerre, les trombes d'eau, les ouragans Les ondes lumineuses n'agissent pas seulement sur le monde des corps, et ne se bornent pas à décomposer et à recomposer les substances; elles n'ont pas pour unique effet d'attirer hors du sein de la terre les germes délicats des plantes, de développer dans les feuilles la matière verte ou chlorophylle, de teindre les fleurs odorantes, ou de répéter mille et mille fois l'image du Soleil, au milieu du choc gracieux des vagues et sur les tiges légères de la prairie, courbées par le souffle du vent. La lumière du ciel, suivant les différents degrés de sa durée et de son éclat, est aussi en relation mystérieuse avec l'homme intérieur, avec l'excitation plus ou moins vive de ses facultés, avec la disposition gaie ou mélancolique de son humeur. C'est ce que Pline l'Ancien a exprimé par ces paroles : « Cœli tristitiam discutit sol, et humani nubila animi serenat\ »

1. Le Soleil chasse la tristesse du ciel, et dissipe les nuages qui oLscurcissent le cœur humain.