DE LA TERRE

En 1675, Rœmer trouvait qu'il faut un certain temps à la lumière pour se transmettre à distance et calculait approximativement, sinon la vitesse absolue de cette transmission, du moins celle avec laquelle un rayon lumineux franchit de part en part le diamètre de Torbile terrestre. Cinquante ans après cette découverte mémorable, c'est-à-dire en 1725, un astronome anglais, Bradley, trouvait dans un phénomène céleste beaucoup plus général que des éclipses de satellites la confirmation des résultats obtenus par Rœmer. ]j'aberration est en effet une conséquence immédiate de la vitesse de la lumière combinée avec la vitesse de translation de la Terre autour du Soleil.

Pas plus que Rœmer, en abordant l'étude des éclipses des satellites de Jupiter, ne songeait au problème de la transmission de la lumière, Bradley n'avait en vue, quand il entreprit de mesurer les })etits déplacements de quelques étoiles zénithales, l'importante conséquence qu'il tira de ses observations. Il s'agissait pour lui de savoir si ces étoiles avaient une parallaxe sensible, c'est-à-dire si, par le seul fait de la translation annuelle de la Terre, elles éprouvent le changement de position apparente qu'indique la géométrie, et qui est en dépendance immédiate du mouvement de la Terre et de la distance de l'étoile à notre système. Profitant de l'installation récente, faite à l'observatoire de Kew par Molyneux, d'un excellent instrument construit par Graham pour ce but spécial, Bradley observa l'étoile y de la constellation du Dragon pendant le mois de décembre 1725. Il reconnut bientôt que cette étoile avait un mouvement vers

le Sud, mouvement dont les erreurs instrumentales et Tincertitude des observations ne pouvaient donner l'explication. D'ailleurs ce mouvement était précisément en sens contraire de celui qu'aurait dû donner la parallaxe. 11 continua jusqu'en mars, où il atteignit 20'', quantité dont l'étoile s'était éloignée du pôle pendant ces trois mois. L'étoile reprit alors sa marche vers le Nord et, en juin, elle se retrouva au point de départ de décembre. En septembre, elle était de 20'' plus au Nord, puis elle revint vers le Sud pour reprendre une seconde fois en décembre sa position primitive. Ni l'hypothèse d'une nutation de l'axe de la Terre, ni la réfraction atmosphérique ne permirent à Bradley d'expliquer ces oscillations. Enfin, il eut l'idée de chercher si de tels mouvements ne seraient pas dus à la vitesse avec laquelle les rayons de lumière vieiment frapper l'obser-

valeur, qui est lui-même transporté dans l'espace par le globe sur lequel il est placé, avec une vitesse à la vérité beaucoup moindre que celle des rayons lumineux. Telle est en effet la. vraie raison du phénomène découvert par Bradley, phénomène qu'il reconnut bientôt être commun à toutes les étoiles, et que rillustre savant anglais nomma aberration.

Voyons en eflbt ce qui se passe quand un rayon de lumière pénètre dans le tube de l'instrument qui sert à observer l'étoile considérée, si l'on tient compte, à la fois, de la vitesse de la lumière et de la vitesse de la Terre.

Soit BT la position de Taxe de la lunette au moment où l'œil de l'observateur vise l'astre. Cet axe indique la direction apparente des rayons lumineux, de sorte que l'étoile est vue en e sur la voûte céleste. Pendant que le rayon lumineux a parcouru la longueur BT, la Terre s'est elle-même déplacée de B en C, et, avec elle, la lunette aussi bien que l'œil de l'observateur. La véritable route suivie par le rayon est la ligne TC, qui dès lors représente la vraie direction des rayons émanés de l'étoile. La position réelle de cette dernière sur la voûte céleste est donc en E; c'est là que serait vue l'étoile, si la Terre était immobile. En un mot, la direction apparente n'est autre chose que la

Fig. 22. — Phéiiouiènc de Fabcrration. Composition des vitesses de la lumière et de la Terre.

direction de la résultante des deux mouvements de la lumière d'une part, de la Terre de Taulre ; c'est la diagonale du parallélogramme formé par deux lignes proportionnelles aux deux vitesses, et menées dans les directions des deux mouvements. Ainsi les vitesses simultanées de la lumière et de la Terre doivent causer et causent en effet une déviation dans la direction des rayons lumineux émanés d'un point qui ne participe pas au mouvement de notre globe. C'est cette dévialion, cet angle ET^, qui constitue l'aberration, et que Bradley a mise en évidence par l'observation des étoiles zénithales. La vitesse de la lumière est constante; celle de la Terre ne varie que dans de faibles limites. Les deux côtés BC et CT du triangle ne changent donc pas, mais il n'en est pas de môme de l'angle qu'ils forment entre eux, à moins qu'on ne considère une étoile située au pôle de l'écliptique ou à peu de distance de ce pôle. Une semblable étoile E (fig. 23) sera vue en e quand la Terre est en T sur son orbite, en e\ e\ e"' quand elle occupe successivement les positions T, r, T'.

En un mot l'étoile est toujours en avant de sa position réelle de l'angle d'aberration, de sorte qu'en un an elle semble décrire un cercle parallèle à l'orbite terrestre, avec cette particularité que l'étoile est toujours en avance de 90* sur la Terre. L'angle d'aberration maximum est d'un peu plus de 20''. Les dernières mesures,

Fig. 23. — Aberration annuelle.

dues à Otto Slruve, donnent 20'',445, de sorte que le diamètre du cercle est de 40"", 89. Pour des étoiles situées hors du pôle de récliptique, on trouve qu'elles décrivent annuellement des ellipses dont le grand axe, parallèle à Técliptique, mesure aussi 40',89, et dont le petit axe diminue avec la latitude de l'étoile. Sur le plan de l'écliptique , ces ellipses se réduisent à des lignes droites, et quand la Terre se trouve à l'une ou à l'autre extrémité du diamètre qui aboutit à l'étoile, l'angle d'aberration est nul. Cela se conçoit : alors la direction du mouvement de la Terre est précisément opposée à celle des rayons lumineux, ou bien elle coïncide avec cette dernière.

Pour bien faire comprendre le phénomène de l'aberration de la lumière et sa cause, nous allons montrer Tanalogie qui existe entre ce phénomène et des faits qu'on peut aisément observer à la surface de la Terre.

Considérons un navire qui se meut dans la direction AB avec une vitesse déterminée. De la côte, une batterie lui envoie un boulet qui vient frapper en a son bordage et continue sa route sans que le premier choc ait changé sa direction, ab.

Si le navire était immobile,

le boulet percerait en b le bordage opposé, et la ligne ab qui joindrait les deux ouvertures pratiquées par le projectile marquerait précisément la direction du tir, celle de la bouche à feu ; mais, pendant que le boulet parcourt a6, ou traverse le navire, ce dernier s'est avancé de AB en A^ B^ : le point qui eût été frappé dans l'hypothèse du navire immobile, s'est avancé en b\ et le boulet perce un point du bordage en arrière du

Fig. 24>. — Déviation apparente d*un projectile qui frappe un navire en marche.

premier de ta dislance bb'. Au lieu de la direction ba qui est la direction \raie, l'observa tetir, situé sur le vaisseau, jugera de la direction du coup par la ligne ba^ et le boulet lui semblera provenir du point c'. La déviation aba^ est due à la combinaison des vitesses du projectile et du navire : c'est un effet d'aberra- -lion. Si le boulet fût venu par l'avant ou par l'arrière du navire, daus la ^direction même de sa marclic, la déviation serait évidemmeilt'liullc.

Un phénomène du même genre peut s'observer en wagon quand on examine la direction des gouttes en cas de pluie. Supposons, pour plus de simplicité, que la pluie tombe verticalement. Si le wagon est en repos, le voyageur verra de l'intérieur

. 2;i. '^ Di'viutloii a|>|iurcnlc dus di; pluie : 1, wagon immobili: ; 3, en mai'chc.

Fig, S6, — Dil'Tialiun appareule di's gouttes de pluie. Eiplica-

les goulles tomber dans une direction parallèle à celle des bords do la portière, comme elle l'est en effet. Mais le convoi se met-il eu marche, aussitôt l'apparence change : la pluie paraît tomber obliquement, comme si elle était chassée par un vent venant du point de l'horizon vers lequel marche le train, et l'obliquité des gouttes sera d'aulant plus furte que la vitesse sera plus grande. On comprend aisément qu'une goutte a, qui serait tombée suivant ab parallèlement au côté de la portière, tombe bien en effet dans l'espace suivant cette ligne; mais quand elle arrive au bas de sa course, le wagon et la portière elle-même se sont avancés de AB et la goutte tombe au point b de cette dernière : elle a semblé au voyageur suivre la iigne a' b. Un piéton qui resterait immobile, protégé par un parapluie

contre une pluie tombant verticalement, ne recevrait pas une goutte; qu'il se mette à courir dans une direction quelconque, il se trouvera atteint et croira recevoir la pluie obliquement, précisément en sens opposé à celui de la direction qu'il suit en courant. Si l'on suppose qu'il parcourt ainsi toute une circonférence de cercle, la pluie lui fouettera le visage comme si elle venait successivement de tous les points de l'horizon. C'est un phénomène de tous points analogue à celui de l'aberration de la lumière, et dont les maximums et les minimums varieraient de même, si l'on supposait que la pluie, au lieu de tomber verticalement , prenait en réalité toutes les directions possibles d'obliquité à l'horizon. L'i Terre reçoit en tout temps, dans toutes les directions, des rayons de lumière émanés de toutes les parties de la voûte éloilée; c'est une pluie continue de molécules, ou, si l'on préfère, d'ondes lumineuses.

L'aberration est un phénomène commun à tous les astres, étoiles, soleil, planètes. Les astronomes, pour connaître la position vraie de ces corps, doivent donc, entre autres corrections, tenir compte des altérations qui en résultent pour les coordonnées auxquelles ils ont coutume de rapporter ces positions, ascensions droites et déclinaisons, longitudes et latitudes.

Puisque l'aberration dépend à la fois de la vitesse de la lumière et de celle de l'observateur, c'est-à-dire du globe où il se lient, il en résulte qu'outre l'aberration relative au mouvement de

ig. 27. — Ph.

Jnaloguo à l'aberration.

translation de la Terre, il y a aussi une déviation analogue due au mouvement de rotation. Mais ce mouvement est beaucoup moins rapide que le premier, puisque à Téquateur, oii sa vitesse est maximum, elle ne dépasse pas, elle n'atteint même pas 500 mètres par seconde, c'est-à-dire qu'elle n'est guère que la 650000^ partie de la vitesse de la lumière. Aussi l'angle maximum d'aberration diurne ne dépasse guère trois dixièmes de seconde ; on le considère comme négligeable.

Enfin, il y a une troisième cause qui doit nécessairement intervenir dans le phénomène de l'aberration pour en modifier la valeur, et qui ne parait pas négligeable. Les astronomes ont reconnu, en discutant l'ensemble des mouvements propres des étoiles, que le système solaire tout entier se déplace dans l'espace, que le Soleil, entraînant avec lui les planètes, leurs satellites et les comètes du système, est affecté d'un mouvement de progression vers un point du ciel situé dans la constellation d'Hercule. S'il en est ainsi, la Terre, outre la vitesse de ses deux mouvements de rotation et de translation, possède une vitesse de déplacement parallèle au déplacement de tout le système*. Dès lors le mouvement absolu d'un observateur situé à sa surface se trouvera en cherchant à chaque instant la résultante de ces trois mouvements. L'aberration d'une étoile, telle qu'elle a été calculée en tenant compte seulement des deux premiers (ou plutôt du seul mouvement de translation, celui de rotation étant négligeable), doit donc varier aux diverses époques de l'année; les valeurs minima ou maxima de ces variations doivent dépendre et de la situation des étoiles et des directions relatives du mouvement de la Terre dans son orbite et du mouvement de translation du système solaire. Il reste à savoir si l'observalion cojifirme ces vues théoriques, dont l'exactitude est évidente. M. Yvon Yillarceau, qui les a exposées à

1. D'après les recherches de M. Struve^ la vitesse de translation du système solaire dans la direction de la constellation d'Hercule serait cg:ile à 7'^'', 6 environ par seconde. C'est le quart de la vitesse moyenne delà Terre autour du Soleil, et dès lors environ la 40000* partie de la vitesse de la lumière.

diverses reprises, a appelé sur celle queslion inléressanle ratlenlion des aslronomes.

On a vu que la mélhode employée par Rœmer pour mesurer la vitesse de la lumière ne donne poinl celle vitesse en grandeur absolue. Elle permel seulemcnl de calculer le temps qu'une onde lumineuse mel à traverser le rayon de l'orbite de la Terre. Pour en conclure le chemin parcouru en une seconde, il faul connaître ce rayon, il faut avoir mesuré la dislance de la Terre au Soleil, ou, si l'on veut, connaître la parallaxe de ce dernier astre. Du temps de Rœmer, cet élément n'était pas mesuré, avec quelque précision du moins; il l'a été depuis, bien qu'il reste encore des incertitudes sur les derniers chiffres qui l'expriment. Mais ce que l'on a pu calculer, c'est le rapport de la vitesse de la lumière à la vitesse de la Terre. Ou trouve ainsi que la première vitesse est égale à 10 190 fois la seconde.

La mesure de l'angle d'aberration conduit aussi aisément au calcul du môme rapport, et, en adoptant le nombre d'Otto Struve, on obtient 10100 fois la vitesse moyenne de la Terre pour celle de la lumière. Les résultats obtenus par les deux méthodes sont donc concordants à 1 centième près.

On confond quelquefois avec l'aberration un phénomène de déviation qui en est distinct, puisqu'il provient, non du mouvement de l'observateur, mais au contraire de celui de l'astre observé et de sa distance, tandis que l'aberration est indépendante de la dislance de l'astre d'où la lumière est émanée. Voici de quoi il s'agit :

Considérons une planète. Au moment oii l'astronome l'observe au foyer de sa lunette, il note une position apparente qui doit être corrigée de l'aberration pour obtenir la position vraie, ou, ce qui est plus exact, pour avoir la direction vraie du rayon lumineux qui en est émané. Mais ce rayon est parti de la planète à une époque antérieure, puisque la lumière a dû mettre un temps déterminé pour franchir la distance qui sépare l'astre de la Terre. Pendant ce temps, la planète, qui a un mouvement

propre, s'est en réalité déplacée sur son orbite, et sa position \raie à l'instant physique de l'observation n'est déjà plus celle que l'observateur enregistre, môme après l'avoir corrigée de l'aberration. Pour les diverses planètes, la différence de temps dont nous parlons varie dans des limites assez considérables, puisqu'elle dépend des distances de chaque planète à la Terre; mais elle varie aussi pour la même planète, puisque, dans le cours d'une de ses révolutions synodiques, celle-ci change continuellement aussi de distance. Voici un tableau qui marque les maxima et les mini ma de ces inégalités. 11 renferme encore l'angle d'aberration pour chaque planète, angle qui varie nécessairement d'une planète à l'autre, puisque, la vitesse de la lumière étant constante, la vitesse de l'astre sur son orbite va en décroissant à mesure qu'on s'éloigne du Soleil.