LES PHÉMOMÈISES DE LA LUMIÈRE A LA SURFACE DU GLOBE TERRESTRE

Qui voudrait entreprendre la description détaillée des phénomènes que les seules variations de la lumière du jour produisent à la surface de notre planète, dans Fatmosphère et sur le sol, au sommet des montagnes comme au niveau des plateaux et des})laines, dans les régions brûlantes de la zonetorride comme dans les solitudes glaciales des contrées polaires ou dans les riants paysages de la zone tempérée, ne risquerait rien d'emprunter aux poètes et aux peintres les éléments de ses tableaux. Aux premiers il demanderait le secours de leur merveilleux langage ; les autres lui fourniraient les couleurs de leur riche palette et le prestige d'une reproduction fidèle.

N'ayant à notre disposition ni l'une ni l'autre de ces ressources, nous ne pouvons donner ici qu'une rapide esquisse des principaux phénomènes lumineux dont l'atmosphère est le siège. Les uns, périodiques et réguliers, dépendent des mouvements mêmes de la Terre ; mais ils présentent le plus souvent, selon les saisons et les climats, de telles variations et de tels contrastes, que leur retour est toujours, pour l'observateur, l'occasion de sensations nouvelles : la variété prévient ainsi toute monotonie. Les autres ne se produisent que dans des circonstances particulières, et alors la rareté de leurs manifestations se joint à leur beauté propre pour exciter l'intérêt de ceux qui en sont témoins.

Tous offrent à l'artiste, au poète, comme à l'homme de science, une mine, pour ainsi dire inépuisable, de sujets d'études et de recherches pour l'un, de motifs de paysage ou de thèmes de contemplation pour les autres.

Le jour, la nuit, les crépuscules, les aurores sont les plus simples, les plus fréquents, les plus familiers de ces phénomènes. Quelle prodigieuse variété cependant, en ce qui regarde l'éclat de la lumière, les tons, les couleurs et les nuances, leur succession ne j)roduit-elle pas dans l'air et les nuages, à la surface du sol et sur les eaux ! Dans le même lieu, selon l'heure du jour, l'époque de l'année ou l'état du temps, la physionomie du paysage change, prend les aspects les plus opposés, tantôt gaie, souriante, nuancée des teintes les plus tendres, les plus harmonieuses, tantôt sombre, triste, monotone ou pleine de contrastes violents, tantôt enfin éclatante, lumineuse et colorée.

Si des zones tempérées où ces changements, ces transformations sont les plus apparents et les plus rapides, on passe aux contrées qui avoisinent les pôles, ou si, au contraire, on s'avance vers les zones de Téquateur et des tropiques, alors on voit les variations s'amoindrir, la succession des phénomènes devenir plus lente. Mais aussi le contraste s'accentue et finit par atteindre scm maximum. D'un côté, plus on approche de l'un ou de l'autre pôle, plus les nuits, plus les jours s'allongent, jusqu'à se partager l'année : pendant des mois, le soleil disparaît de l'horizon ; la seule lumière est celle de la lune et des étoiles, si toutefois le ciel n'est pas couvert de brumes épaisses, ou encore celle du créi)uscule et des aurores polaires. Puis à ces longues ténèbres succède un jour non moins long, pendant lequel un soleil julle décrit au-dessus de l'horizon ses lentes spirales.

Entre les tropiques, au contraire, le jour et la nuit se succèdent à des intervalles à peine inégaux dans tout le cours de Tannée; un ciel étincelant illuminé d'un soleil qui monte tous les jours prescpie jusqu'au zénith ; ])as de crépuscules ni d'aurores ; de profondes nuits resplendissantes de l'éclat des étoiles

et de celui de la Voie Lactée : tel est, au point de -vue de la lumière, le tableau des phénomènes que présentent les régions inter tropicales.

Laissons parler un voyageur qui est aussi un savant, M. Charles Martins, et empruntons-lui deux ou trois tableaux où il a décrit, d'après nature, les paysages de l'une et de l'autre zone. L'inté-

Fig. 1. — La liHiiii'i'

. ['njsiiff d« l;i

ressaut ouvrage oij nous [uiisons nos citations, exprime précisément par son titre, Du Spitzbmi au Sahara, le contraste que nous voulons faire ressortir.

Voici, en premier lieu, la description d'un paysage polaire au Spilzberg : « Le temps, dit-il, y est d'une inconstance remarquable. A un calme plat succèdent de violents coups de vent. Le ciel, serein pendant quelques heures, se couvre de nuages; les brumes sont presque continuelles et d'une épaisseur telle.

que l'on ne distingue pas les objets à quelques pas devant soi ; ces brumes, humides, froides, pénélrantes, mouillent souvent comme de la pluie. Les orages sont inconnus dans ces parages; même pendant l'été, jamais le bruit du tonnerre ne trouble le silence de ces mers désertes. Aux approches de l'automne, les brumes augmentent, la pluie se change en neige; le soleil s'élevant de moins en moins au-dessus de l'horizon, sa clarté s'affaiblit encore, fx 23 août, l'astre se couche pour la pre-

Fig. 3. — La luniiiTi

is Ivï ii'f-iunE |iolain;s. Dihpariliun du «olcrl.

mière fois dans le Nord : cette première nuit n'est qu'un crépuscule prolongé; mais, à partir de ce moment, la durée des jours diminue ra|)iilemenl. Knfîn, le 26 octobre, le soleil descend dans la mer pour ne plus reparaître. Pendant quelque temps encore, le reflet d'une aurore qui n'annonce plus le jour illumine le ciel aux environs de midi, mais ce crépuscule devient de plus en plus court et de plus en plus pAle, jusqu'à ce qu'il s'éteigne coniplètenn^nl. I.a lune est alors le seul astre qui éclaire lu ti-rre : sa Ininièrc blafarde, réfléchie par les neiges,

LES PHÉNOMÈNES DE LA LUMIÈRE. g

révèle la sombre tristesse de cette terre ensevelie sous la neige et de cette mer voilée par la biiime figée par la glace.

« Mais d'autres clartés remplacent celle de la lune : ce sont celles des aurores boréales, qui, fortes ou faibles, se montrent toutes les nuits pour l'observateur attentif... A partir du milieu de janvier, le crépuscule de midi devient plus sensible, l'aurore annonçant le retour du soleil s'agrandit et monte vers le zénith. Enfin, le 16 févner, un segment du disque solaire, semblable

Pig. 5. — La lumière dans les régionn polaires, lie retour du soleil.

à un point lumineux, brille un moment pour s'éteindre aussitôt; mais, à chaque midi, le segment s'élai^it, jusqu'à ce que l'orbe tout entier s'élève au-dessus de la mer : c'est la fin de la longue nuit de l'hiver. Des alternatives de jour et de nuit se succèdent pendant soixante-cinq jours, jusqu'au 21 avril, commencement d'un jour de quatre mois, pendant lesquels le soleil tourne autour de l'horizon sans jamais disparaître au-dessous. » Du Spitzberg, que douze degrés seulement séjtarenl du pôle, allons maintenant au Sahara, dont les limites méridionales sont

à la même distance de douze degrés de Téquateur, Le contraste est aussi frappant que possible. « Chaque jour, dit M. Martins, des spectacles grandioses s'offraient à notre vue. Tantôt c'était rimmensité d'un plateau sans limites, de larges vallées, de grands lacs, des dunes aux formes variées, tantôt une fertile oasis flanquée de villages entourés de fortificalions pittoresques. La vue dos montagnes lointaines ajoutait à ces aspects un charme inexprimable... Le spectacle du ciel n'était pas moins intéressant que celui de la terre. Sur la mer et dans lous les pays plats où la coupole céleste s'arrondit au-dessus d'une surface unie sans relief et sans accidents, l'homme porte ses regards vers le ciel ; la vue des nuages, du soleil, de l'anrore, du crépuscule, des étoiles, remplace l'aspect lointain de la terre, des rivières, des lacs, des collines et des montagnes. Chaque coucher de soleil était une fête pour nos yeux, un élonnement pour notre intelligence, surtout lorsque l'atmosphère n'était pas complètement sereine. Les colorations sont alors plus vives et plus variées. A mesure que l'astre s'approclie de l'horizon, les nuages gris et échevelés de la voûte du ciel, derniers émissaires des brouillards du nord, se frangent de teintes pourpres de plus en plus intenses, tandis que les contours arrondis des nuages blancs reposant sur les cimes lointaines se bordent d'un éclatant liséré jaune, et semblent enchâssés dans l'or qui remplit le couchant. Dès que le soleil est descendu sous l'horizon, une teinte rose des plus douces se répand sur tout le ciel occidental. Émanation de l'astre disparu, elle colore toutes les montagnes. Une d'elles, visible de Biskra, est appelée Dîehel'-Hammar'Kreddou {h montagne à la joue rose) : elle mérite ce nom, car longtem|)s encore après le coucher du soleil elle conserve un reflet rose comme l'incarnat des joues d'une jeune fille. Par un effet de contraste avec le rouge, le bleu du ciel prend une teinte vert d'eau. Peu à peu le rose pâlit, l'arc éclairé se rétrécit, mais la lumière qui l'illumine est blanche et pure comme celle qui doit briller dans rélher au delà des limites de notre atmosphère. Grâce à la transparence de l'air, lous les contours des objets terrestres

sont parfaitement arrêtés. Les fines découpures des feuilles de palmier deviennent plus visibles qu'en plein jour, et quand l'arbre tout entier se délache sur ces fonds alternativement jaunes, rouges et blancs, il semble que la poésie de ce noble végétal se révèle aux yeux pour la première fois. Cependant la nuit se fait. Les planètes, puis les grandes constellations apparaissent les premières ; le ciel se peuple de myriades d'étoiles, sa voûte s'éclaire ; la Voie Lactée, bande blanchâtre et. effacée dans les hautes latitudes, semble une écharpe de diamants étincelants jetés sur le dôme céleste. La lune n'est plus cet astre blafard dont le regard mélancolique semble compatir à la tristesse de nos pays embrumés ; c'est un disque brillant de l'argent le plus pur, réfléchissant sans les affaiblir les rayons qu'il reçoit, ou un croissant complété par la lumière cendrée qui dessine visiblement les contours de l'orbe tout entier. »

Terminons par ces quelques lignes où le même auteur décrit l'aspect du ciel d'Egypte à la pointe du jour. « En arrivant près du Caire, le soleil n'était pas encore levé, mais une aube matinale d'une couleur opaline s'élevait dans le ciel; l'air était d'une transparence et d'une limpidité inouïes; les cimes des palmiers semblaient enveloppées d'une auréole de clarté. Je compris ce que les voyageurs ont écrit sur les prestiges de la lumière aux Indes Orientales : rien, en effet, ne peut remplacer les féeries de cette magicienne qui prête des charmes au désert, et dont l'absence décolore et attriste les plus beaux paysages. »

Dans nos pays de la zone tempérée, les phénomènes de lumière n'ont pas sans doute l'intensité de ceux qui donnent aux paysages des zones extrêmes une physionomie aussi expressive. Mais ils offrent cet avantage qu'ils réunissent les caractères opposés : nos hivers les plus longs et les plus rigoureux nous donnent une idée des sensations que doit faire naître la contemplation des régions glacées voisines du pôle, et parfois nos étés sont assez beaux pour nous faire comprendre la splendeur du ciel tropical.

Les phénomènes optiques naturels dont nous venons de tra-

cer une esquisse fort sommaire, sont de ceux que ramène chaque jour, chaque saison, ou chaque année. Bien que fort variés, ils s'expliquent par les simples changements que produit dans l'atmosphère, dans la façon dont elle est illuminée, le double mouvement de rotation et de translation de la Terre. Selon que le soleil est plus ou moins élevé au-dessus de l'horizon, que les couches gazeuses qui nous entourent sont plus ou moins sèches ou humides et, par suite, d'une transparence plus ou moins grande, les rayons lumineux qui pénètrent dans ces couches sont brisés, dispersés, absorbés en des proportions infiniment variables : de là ces mille teintes, ces colorations qui prennent tous les degrés d'intensité, toutes les nuances du prisme, depuis le bleu azuré, limpide et profond du ciel des tropiques juscju'au gris sombre et terne des pays couverts de brume, en passant par les tons fins, clairs et harmonieux de nos paysages tempérés. 11 y a dans tous ces phénomènes d'oj)tique tant de complications qui tiennent aux coiubtions atmosphériques, sans cesse changeantes, que la science aurait peine à les expliquer en détail. Il suffit qu'elle soit à môme de les réduire à un petit nombre de faits simples, et de rattacher l'explication de ces faits à ceux que le physicien analyse dans son laboratoire.

D'autres phénomènes d'optique atmosphérique sont soumis à des lois plus régulières, sans offrir un moindre intérêt au point de vue de la beauté d'aspect qu'ils présentent au spectateur. Tels sont les arcs-en-ciel solaires et lunaires, les halos, parhélies, parasélènes, et ces phénomènes de mirage qu'on croyait d'abord particuliers aux déserts de sable de la zone torride et qu'on observe fréquemment dans les climats les plus opposés. Tous ces météores lumineux s'expliquent aisément par les lois connues de la marche de la lumière dans les divers milieux transparents, et leurs couleurs par la décomposition ou la dispersion qui en est la conséquence. Nous les décrirons plus amplement, lorsque le moment sera venu d'en exposer la ihénrie.

Quant aux aurores polaires, boréales ou australes, ce sont des phénomènes lumineux dont l'origine se rattache à Tétat électrique ou magnétique du globe terrestre et dont les lois seules de Toptique ne parviendraient pas à rendre compte. Nous les retrouverons aussi en leur lieu.

g 2. PHÊMOHÈKES DE LA LUMIÈRE SUR LES PLANÈTES ET SUR LA LUNE.

Tel est, dans son ensemble, le tableau des principaux phénomènes par lesquels se manifeste, à la surface de la Terre, Tagent physique dont nous allons étudier les lois. Ces lois sont universelles et s'appliquent, comme nous le verrons, à d'autres mondes que le nôtre; mais nous ne savons si dans ces mondes, dans les planètes par exemple, qui offrent avec la Terre tant d'analogies astronomiques et physiques, la lumière du Soleil donne lieu aux mêmes phénomènes optiques. Sans doute, à la surface de ces corps, de ceux du moins qui sont doués d'une atmosphère, les mêmes causes y doivent produire les mêmes effets ; mais les conditions physiques et chimiques, par exemple la composition de leur enveloppe gazeuse, l'existence de telle ou telle substance, l'absence ou la présence de la vapeur d'eau, etc., peuvent y être si différentes, qu'il n'est pas possible de dire si l'aspect du ciel des planètes est ou non semblable à celui de notre ciel terrestre.

Ce qu'on peut évaluer, ce sont les valeurs relatives des quantités de lumière que le Soleil envoie à la surface de chaque globe planétaire; c'est aussi l'intensité de la lumière reçue, laquelle ne dépend que des distances des planètes au SoleiP. Par exemple, sur Mercure cette intensité est sept fois plus

i. Elle varie en raison inverse des carrés de ces distances. On verra plus loin, en effet, qae l'éclat intrinsèque d'une source telle que le Soleil reste le même, tant que son disque conserve des dimensions apparentes sensibles. La quantité de lumière qu'il envoie est donc proportionnelle à la surface de ce disque, tel qu'il est vu de chaque planète, et cette surlace varie elle-même, d'une planète à l'autre, en raison inverse des carrés de leurs distances respectives.

forte que sur la Terre, tandis que sur Neptune elle n'est que la millième partie de cettp dernière. Mais il s'agit là de la lumière reçue à la limite extérieure de l'atmosphère de chaque planète : pour savoir ce qui se passe à cet égard à la surface même du sol, il faudrait pouvoir tenir compte de l'absorption de chaque atmosphère. Quant aux alternatives qui donnent le jour et la nuit, alternatives dues à la rotation de chaque globe sur son axe, elles se succèdent à peu près également sur les quatre planètes moyennes, Mercure, Vénus, la Terre et Mars; elles ont des périodes plus courtes sur Jupiter et Saturne, où le soleil reste à peine cinq heures sur l'horizon. Mais les longues saisons joviennes ou saturniennes compensent bien la brièveté des nuits et des jours.

Mars est probablement la planète qui ressemble le plus à la nôtre par sa constitution physique.

Le télescope y découvre des détails qui montrent sa surface partagée en espaces brillants reflétant vivement la lumière solaire et en espaces sombres oii cette lumière est absorbée : ce sont probablement les continents et les mers. Aux pôles, des taches d'un blanc plus vif s'étendent ou se resserrent en latitude, selon que l'époque correspond à la saison d'hiver de Mars ou à celle d'été. On en conclut avec une grande probabilité que les taches blanches et mobiles des zones polaires sont produites par l'accumulation des neiges el des glaces. Enfin, on a pu observer d'autres taches mobiles grisâtres qui seraient les nuages flottant dans l'atmosphère. Tout fait donc présumer qu'il y a là une constitution physique se rapprochant beaucoup de celle de la Terre, et les personnes qui ont une imagination un peu vive se laissent aller volontiers à dépeindre les paysages de l'intéressante planète. Mais les phénomènes de lumière n'y sont-ils pas néanmoins fort différents de ceux que nous observons ici-bas? La teinte rougeâlre des continents qui fait paraître d'un gris verdâtre celle des espaces où Ton soupçonne des mers, n'est-elle pas un indice d'une constitution spéciale de l'enveloppe gazeuse de Mars, et de propriétés toutes par-

ticulièrcs relativement aux phénomènes lumineux dont cette enveloppe est le siège? Toutes les conjectures à cet égard sont permises, el il nous semble impossible qu'on préjuge l'aspect .du ciel de Mars par comparaison avec celui qui est visible sur la Terre.

Peut-être cela est-il plus aisé en ce qui concerne la Lune. Peut-être a-t-on le droit d'aFlirmer que, sur notre satellite, ccL

Fig. i. — HontagDca du la Lune

lélescopo.

aspect présente avec l'aspect des paysages terrestres un contraste très grand, dont il est facile de se faire une idée. La Lune est, sinon complètement, du moins à peu près totalement privée d'atmosphère. A sa surface il n'existe point non plus d'eau ni de liquide évaporable. Les paysages lunaires offrent donc une crudité de tons qui n'existe nulle part, sous aucune zone, dans nos paysages, et qui parait avec évidence dans toutes les observations télescopiques, quel que soit le grossissement qu'on emploie. Le vuile lumineux qui, pendant le jour, nous

masque les étoiles, même quand le ciel est le plus pur et le plus limpifle, n'existant pas sur la Lune, le ciel des jours ne s'y distingue du ciel des nuits que par la présence du Soleil, dont le globe sans rayons, sans auréole, se détache sur un fond aljsoJunient noir. Les étoiles y brillent en tout temps, avec un éclat qui doit permettre de distinguer les plus petites, et la Voie Lactée s'y détache avec une netteté, une splendeur qui nous est inconnue.

Quant au sol lunaire, aux aspérités si étranges et si accentuées qui le parsèment, aux milliers de cavités de toutes dimensions dont il est criblé, l'éclat et la crudité de leur lumière aveugleraient celui qui poun*ait les observer de près; c'est à peine si les ombres noires des parties non éclairées sont tempérées par les reflets de celles qui reçoivent la lumière du Soleil. Dans un i)aysago lunaire, la perspective aérienne n'existe point, et dès lors il n'y a plus de ces transitions, de ces nuances, de ces giadalions vaj)oreuses, ni de ces variations de couleius (pii donnent tant de charme aux paysages terrestres, même dans les climats les i)lus déshérités de notre globe. La longue duré(î des jours et des nuits (en moyenne vingt- neuf fois et demie plus grande que sur la Terre) doit ajouter encore à la monotonie (Taspect de cette terre ruinée.

g 5. LES PEUCEI'TIDISS IXTEHNEî*, LA LIMIÈHK KT LK SKNS DE LA VUE.

De tous les agents physiques (pu impressioiuient nos sens, et qui, par leur intermédiaire, nous mettent en communication avec le monde extérieur, aucun n'a autant d'importance que la lumière.

Sans la lumière, ou, ce qui revient au même, sans l'organe de la vue, nos connaissances sur les corps ou les êtres dont l'univers se compose, seraient nécessairement fort restreintes. Par le toucher seul, dont l'odorat et le goût peuvent Hve regardés comme des modifications ou des variétés, nous ne serions en