LES RAIES DU SPECTRE SOLAIRE

Comme on peut s'en assurer, les raies A, B, G, se U-ouvent toutes les trois dans le rouge, )a première à l'exlrémité du spectre, la seconde au milieu du rouge, et la troisième à peu de distance de l'orangé. La raie double D forme à peu près la limite de l'orangé du côté du vert; E est au milieu de cette deroière couleur; F au milieu du bleu; G et la double raie H sont l'une à la fin de l'indigo vers le bleu, l'autre à la fin du violet. Deux autres groupes de raies ont été désignés par les lettres a eib, l'un dans le rouge, l'autre dans le vert.

Depuis i817, époque à laquelle Frauenhofer découvrit les raies qui portent son nom, de nouvelles lignes sombres ont été observées, et l'on évaluait, il y a quelques années, à plus de 2000 celles dont la position avait été déterminée. Aujourd'hui ce nombre est doublé. M. Tholton, appliquant à l'analyse de la lumière solaire un spectroscope à vision directe de son invention', a obtenu un spectre de 10 mètres de longueur entre les raies A et H. Sur cette étendue, il a pu dessiner 4000 raies. Le spectre obtenu par Angstrom contenait 1600 raies sur une longueur de 3 mètres.

On peut se faire une idée de cette multitude de stries par

Fig. tl(. — Haies du groupe B Tues dans le spectroKCOpe ï visioa directe de H. A. ThoDon.

l'examen de la figure il3, qui reproduit une portion du spectre solaire comprise entre les raies principales D et E. Les figures il4, 115 et 116, qui représentent les groupes B, D et 6 de Frauenhofer, donnent une idée de la richesse des détails que le perfectionnement des procédés d'observation permet aujour-

I. Le spectroscope de H. Thollon a iin jmut cHui de 16 priantes ï suirure de carbune de 6i

r ditpci'Sir énoniie, qui ti|iiivaul, diUil, i ou de 91 prism» de Ilinl.

d'hiiî d'explorer. Brewster, un des physiciens qui se sont le pins occupés de ces recherches, outre les précautions indispensables pour obtenir un spcclrc bien nel et bien pur, augmentait la sensibilité de sa vue à l'aide du gaz ammoniac, dont l'action dissolvante détruit le voile fluide qui recouvre ta surface de l'œil.

Frauenhofer ne se boiiia point à étudier les lignes qui rompent la continuité de la lumière dans le spectre solaire. II appliqua ses belles méthodes d'obsorvaliou aux spectres des antres sources de lumière. Et d'abord, conunc on |)0UYait le pressentir, il trouva les mêmes raies dans les sources lumineuses qui renvoient {)ur réflexion la lumière du Soleil : la lumière des uuages ou du ciel pur, colle de la Lune et des planètes. Les raies y sont, à la vérité, d'une intensité raoiiulre. En observant les étoiles les plus brillantes, par exemple le spectre de Sirius, il trouva que ce spectre est aussi strié de raies sombres; mais ces raies, beaucoup moins nombreuses, ne sont pas disti*ibaée8

tig. m. -

Fig. 116.

- Raies du ffmufù b, [rajutis H. Thoflon.

de la même laçon que dans le spectre solaire; d'ailleurs, elles changent aussi d'une étoile à une autre. Enfin, il appliquais même méthode à la lumière électrique : au lieu de raies sombres, il vit dans le spectre de ce-lte lumière un certain nombre (le raies lumineuses.

Telles sont les célèbres expériences qui ont servi de point de départ à une série de brillantes découvertes, dont l'ensemble couslilne aujourd'hui une des branches les plus importantes de

Toptique et, pour la chimie, la plus ingénieuse et la plus dclicale méthode d'analyse. Essayons maintenant de donner une idée de celte méthode, connue sous le nom d'analyse spectrale.

§ 4. analyse spectrale. — méthode, lnstruments et procédés

d'observation.

Le spectre solaire et les spectres slellaires sont, comme on vient de le voir, sillonnés de raies sombres qui indiquent des interruptions dans l'émission de la lumière et prouvent, contrairement à ce qu'on avait cru d'abord, qu'il n'y a pas, dans ces sources, de rayons possédant tous les degrés possibles de réfrangibilité. Le contraire a lieu pour les spectres des corps incandescents à l'état solide ou à l'état liquide : les spectres de leurs lumières sont continus.

D'autres sources lumineuses donnent des résultats différents. Quand on introduit dans une flamme arlificielle, par exemple dans celle d'un bec de gaz ou d'une lampe à alcool, cerlaines substances métalliques que la haute température de la source réduit à l'état de vapeurs, on n'observe plus de speclres conlinus, mais quelques raies brillantes séparées par de larges intervalles obscurs. C'est ce qu'avait déjà remarqué Frauenhofer. Depuis, le même fait a été étudié sous toutes ses faces et par diverses méthodes. On a reconnu que les raies brillantes des vapeurs métalliques varient en nombre et en position suivant la nature du métal ; leur intensité varie aussi avec la température; mais, de môme que les raies noires du spectre solaire, elles occupent toujours les mêmes positions relatives, dont on a déterminé la concordance avec quelques-unes des premières. On donne le nom de spectroscopes aux instruments qui servent à analyser les diverses sources de lumière, c'est-à-dire à étudier la composition des spectres que j)roduisent ces lumières, ff \ lorsqu'elles sont réfractées par un ou plusieurs prismes. ■-: ! Mais, avant d'insister sur les caractères que présentent les

lumières émanées de sources différenles , quand ou compare leurs spectres, il est nécessaire d'entrer dans quelques détails sur les pj*océdés d'observation et de décrire les appareils le plus ordinairement em])loyés.

Les figures H7, 118 et 119 représentent un spectroscope à un seul prisme, le plus employé pour les expériences ordinaires. Au centre d'une plate-forme circulaire horizontale portée par un pied, se trouve disposé verticalement le prisme P, qui est le plus souvent en flint lourd très pur, et dont l'angle est de 60°. Deux corps de lunette C et B sont placés symétriquement par rapport aux faces latérales du prisme et dans la

Fig. 117. — S|u;clroscoiio horizonlal. M.irclie du faisceau lumineux.

position de la déviation miiiimuni eu égard aux faisceaux qui les traversent et qui sont réfractés par le prisme. La lunette C porte à son exlrémilé la plus éloignée du prisme, à la place de l'oculaire, une })laquc métallique percée d'une fente verticale très fine (qu'on peut d'ailleurs rétrécir ou élargir à volonté). Devant cette plaque A se place la source lumineuse à analyser. Les rayons lumineux qui traversent la fente sont rendus parallèles par un système de deux lentilles, de sorte que c'est un faisceau vertical (jui pénètre dans le prisme, s'y réfracte, et en sortant va tomber sur Tobjeclif de la lunette B. C'est en mettant l'œil à l'oculaire de cette seconde lunette que l'observateur va pouvoir étudier le s})ectre produit par la dispersion.

ANALYSE SPECTHALE. 171

En E se trouve, en avant d'un troisième corps de lunette D, une plaque de verre sur laquelle est tracée une échelle micrométrique de divisions équidistantes très fines : cette échelle est disposée horizontalement el éclairée par une bougie. Ou oriente la lunette D de façon que l'image du micromètre E tombe sur la face latérale du prisme d'où émerge le faisceau lumineux de la source, et se réfléchisse précisément selon l'axe de la lunette B.

Tout étant ainsi disposé, si l'on met l'œil à l'oculaire de celle-ci, on aperçoit très nettement d'une part le spectre étalé de la source qu'on étudie, avec toutes ses couleurs et SCS raies , et d'autre part l'image du micromètre qui se superpose à la première et par conséquent divise le spectre en parties équidistantes et numérotées. On peut donc noter la position exacte occupée par telle ou telle couleur, ou par une raie déterminée du spectre observé.

On peut aussi comparer directement les parties de même réfrangibilité des spectres de deux sources différentes. Pour cela, on fixe à la partie supérieure de la fente du collimateur C un petit prisme en verre à réflexion totale, qui reçoit laléralemenl les rayons de la seconde source et les envoie dans l'axe de ta lunette. Le faisceau est dispersé comme celui de la source qui est placée directement devant la fente. Alors l'observateur, en mettant l'œil à l'oculaire convenablement mis au point, voit les deux spectres disposés horizontalement l'un au-dessus de l'autre, position qui permet de reconnaître les raies communes ou de mesurei- la différence de réfrangibilité de raies voisines.

Fig, 118. — Speclroscope horiïonlal.

Quand on observe, on a soin de recouvrir le prisme d'uD tambour noirci à l'inlérieur, de façon à éviter l'accès el l'influence des lumières étrangères. Cette pièce (fig. 418) est d'ailleurs percée de trois orîHces circulaires,- en regai'd des trois tubes du spectroscope.

Pour obtenir une dispersion plus forte el par suite des spectres plus étendus, ])ermcltant une étude plus complète des raies

et de leurs subdivisions, on emploie des spectroscopes à plusieurs prismes. La figure 120 représente, en plan, un de ces appareils où la lumière passe successivement à travers sii prismes. On comprend que l'emploi des S])eclroscopes polyprismes est lirailé à l'analyse des lumières d'une grande puissance, puisque, en traversant une épaisseur aussi considérable de substances i-éfringcnfcs, le faisceau perd de son inlensilé à cbaque réfraction. On obtient un sjjcctre beaucoup plus étendu, il est vrai, mais beaucoup plus faible.

Fig. 120. -

S|>ec(rosco|>c horiionUl à prismca inulli|iles.

Dans les spectroscopes que nous venons de décrire, les faisceaux incidenls el émei^ents font entre eux un certain angle, de aorte que l'observateur ne vise point directement la source de lumière qu'il analyse. Mais on construit aussi, pour la commodité des observations , principalement des observations astronomiques, des spectroscopes à vision directe, où un même tube de lunette contient à la fois la mire ou fente par oiî vient la lumière, l'appareil dispersif et la lunette à laquelle est adapté l'oculaire.

Entrons maintenant dans quelques détails sur les divers procédés d'observation employés selon la nature des sources lumineuses qu'il s'agit d'analyser. Nous avons vu que la lumière solaire, directe ou réfléchie, donne un spectre de couleurs vives, sillonné d'un nombre considérable de raies obscures plus ou moins fines, tandis que le spectre d'un liquide ou j j.

d'un solide incandescent (d'un bain de métal en fusion , d'un fer rouge par exemple) est absolument continu. Quant aux gaz incandescents, le spectre de leur lumière est discontiiui : il est constitué par un nombre limité de lignes brillantes ou (le bandes lumineuses, que séparent de larges intervalles obscurs. Mais cela suppose que la flamme du gaz analysé ne contient en susi>ension aucune particule solide ou liquide : si cette condition n'est pas remplie, si, comme il arrive pour les flammes éclairantes d'une bougie, d'un bec de gaz ordinaire, des particules solides de carbone existent dans la source lumineuse, alors le spectre est

description. La figure 122 représcnlc le liibc qu'a imaginé M. i'iiicker pour l'analyse spectrale des gaz. Il se conijwsc de deux tubes de 2 à 3 centimètres de longueur et de 5 à 10 millimètres de diamètre intérieur, que relie un tube presque capillaire soudé aux deux premiers et foiinantavec eux des augles plus ou moins ouverts. Aux deux extrémités des tubes larges sont iixés deux lils de platine qui pénètrent à l'intérieur par une extrémité et ressentent recourbés au deliors par l'autre extrémité. Après

avoir lait le vide et introduit le gaz à la pression voulue, à l'aide d'une tubulure latérale, on lérinc celle-ci à la lampe. Si alors on met les lils en coniuuuiicalion avec les pôles d'une bobine d'induction, un voit apparaître d'un Itl à l'anlrc une lumière qui, dans la partie rétrécie du tube, olîre l'aspect

:ii'ulc: (les gax. Tube

Kig. 125. -

ic itjicctrjlu (Il

d'une ligne de feu continue, (l'est celle ligne de lumière qu'on place en avant de la fente du spectroscopo. Dans l'appareil de Geissier (tig. 125), les trois lulics son! sur le proloiigonient l'un de l'autre.

Voici (fig. 124) une autre disposition duo à M. Salel : Un gros tube de verre de 1 1/2 à 2 eentimèlivs de dianièire, de 15 à 20 cenlimèlies de longueur, est l'eriné à l'un de ses bouts, et porte à l'autre bout un boiicbon en eaoulcboiic |)ereé de deux ouvertures par où pénètrent à l'intérienr deux tubes conecniri-

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