LES PROTUBÉRANCES DU SOLEIL VUES PENDANT LES ÉCLIPSES TOTALES

Protubérances, gloire et auréole. — Nature chimique des protubérances ; analyse spectrale de leur lumière ; observations de l’éolipse totale du 18 août 1868, par MM. Janssen, Rayet, Tennant. — Conséquences tirées de ces observations, relativement à la constitution physique de l’astre. — Couche continue d’hydrogène incandescent recouvrant la photosphère. — Relations entre les protubérances, les facules et les taches.

Les éclipses totales de Soleil sont dues, comme tout le monde le sait, à l’interposition momentanée du disque obscur de la Lune nouvelle entre l’astre et l’observateur. Notre satellite agit ainsi comme un écran parfaitement opaque qui arrête pendant quelques minutes le rayonnement de la lumière solaire et l’empêche d’arriver, non-seulement à la surface du sol, mais encore dans toute la portion des couches atmosphériques qui se trouvent plongées dans le cône d’ombre lunaire.

Ce phénomène d’un si haut intérêt n’a fourni pendant longtemps, probablement parce que l’attention des astronomes n’était point éveillée, que des données relatives à l’obscurité plus ou moins grande qui en résultait pour les régions terrestres parcourues par l’ombre de la Lune. Cependant, dès le commencement du siècle dernier, les observateurs signalèrent l’apparition, pendant la phase de l’obscurité totale, d’une couronne lumineuse ordinairement d’un blanc argenté, quelquefois colorée, qui entourait le limbe obscur. Au-delà de cette couronne dont la largeur apparente variait entre s ‘ et du diamètre de la Lune, la lumière allait en se dégradant, sillonnée parfois de rayons divergents qui donnaient au phénomène l’aspect de l’auréole dont les peintres ont coutume d’entourer la tête des saints et qu’en style du métier on nomme une gloire. Dans de récentes éclipses totales, on a observé aussi des aigrettes lumineuses, diversement contournées, et, comme les rayons des gloires, irrégulièrement distribuées sur le contour du disque de la Lune. On peut voir sur les figures 51 à 57 des exemples de ces divers phénomènes de lumière.

On s’accorde aujourd’hui à ne voir dans la teinte dégradée, dans les rayons et les aigrettes, que des effets de diffraction, tenant probablement au passage de la lumière solaire sur les bords dentelés de la Lune. Mais quant à la couronne étroite et régulière environnant le limbe pendant la totalité, on s’est demandé si elle n’indiquait point l’existence d’une atmosphère solaire; car, relativement à l’hypothèse, émise à l’origine, qui faisait de cette couronne une atmosphère de la Lune vue par l’illumination

des rayons du Soleil, elle est inadmissible. (Voyez, à ce sujet, le chapitre de notre ouvrage la L'une qui traite de cette question de l’atmosphère hypothétique de notre satellite.) Arago penchait pour l’opinion qui considérait la couronne comme due à une atmosphère entourant le Soleil à une grande distance; dans le but de vérifier cette hypothèse, il avait cherché à s’assurer si la lumière était polarisée ; mais ses propres observations et celles de quelques autres savants furent peu concluantes. M. Liais trouva, en 1858, que la lumière de la couronne était polarisée, d’où il concluait l’existence d’une atmosphère solaire extérieure à la photosphère.

Voici, du reste, d’autres raisons qui témoignent de cette existence. Dans les photographies du Soleil

obtenues à l’observatoire de Kew, on remarque une différence très - notable d’intensité lumineuse entre les bords et le centre du disque solaire ; nous avons déjà mentionné cette diffé-

Fig. 5t. — Éclipse totale de Soleil du 8 juillet 1842. qui S eX

Protubérances; gloire. pllCJUB très-

bien si les

rayons de la photosphère traversent une atmosphère

absorbante ; car, vers les bords, les couches traversées sont nécessairement beaucoup plus étendues qu’au centre. « Il est digne de remarque que la température de cette atmosphère doit être inférieure à celle de la photosphère, autrement l’absorption qu’elle occasionne serait contre balancée par sa propre radiation. »

( Researches on Solarphysics, W. de la Rue, Balfour- Stewart et Lœwy.)

Arrivons maintenant aux phénomènes observés, depuis 1842, dans la

DlUDart des — Protubérances de l’éclipse totale de Soleil

^ * ' du 28 juillet 1851, d'après Dawes.

éclipses totales de Soleil, phénomènes d’une importance aussi capitale pour l’étude de la constitution physique de l’astre, que les taches solaires elles-mêmes:

On peut voir, dans les figures 51, 52, 53 et 54, irrégulièrement disposés autour du limbe obscur de la Lune, un certain nombre d’appendices, les uns en forme de montagnes, de pics ou de pyramides, les autres s’élevant comme des colonnes tantôt verticales, tantôt recourbées, tantôt enfin détachées du contour ou le surplombant. C’est à ces appendices lumineux, d’une teinte rougeâtre ou rose, mêlée de

violet et de blanc, qu’on a donné le nom de protubérances ou de nuages roses (red flammes, flammes rouges, disent les astronomes anglais). Que sont, en réalité, ces singulières apparences? Sont-ce des objets réels ou de simples phénomènes optiques; appartiennent-ils, dans la première hypothèse, à

la Lune ou au Soleil même?

Toutes ces questions furent d’abord diversement résolues; mais aujourd’hui le doute n’est plus permis, il s’agit bien d’objets réels, et c’est au So- 'leil même, ou du moins aux

/'i g. 53. — Éclipso totale de Soleil du 7 septembre 1858,-,* CT ; nr »o mii pn d'après M. Liais; aigrettes et protubérances. IcgtUItsquicil*

vironnent directement la photosphère , qu’ils appartiennent positivement. Il y a de ce fait des raisons décisives.

Déjà, enexaminantles remarquables photographies obtenues en juillet 1860, par Warren de la Rue ( fig . 55), on pouvait se prononcer. En effet, deux de ces dessins se rapportent au phénomène vu, l’un après le commencement de la totalité, l’autre un peu avant la fin de la même phase. Or, on voit que le disque obscur de la Lune qui masquait d’abord les protubé-

rances du côté où avait eu lieu le premier contact, en laissant voir celles du côté opposé, produisit un effet inverse par son mouvement au-devant du disque du Soleil; de sorte que, vers la fin de la totalité, les protubérances vues les premières se trouvèrent masquées à leur tour, et les. protubérances opposées devinrent visibles. Ce fait serait inexplicable, si les appendices appartenaient à la Lune; il est tout simple, au contraire, si l’on suppose qu’ils recouvrent la surface même du Soleil.

Mais la preuve que les protubérances ont une réalité objective, qu’elles appartiennent au globe solaire, a été mise hors de toute contestation par les observations de la magnifique éclipse totale observée aux Indes le 18 août de

Cette année 54- — éclipse du («juillet 1S60 ; gloire, couronne

1868 C’est à et P ro * ul) ® ranceB > d’après Felitzcli.

l’analyse spectrale, à cette méthode ingénieuse, si heureusement modifiée par MM. Janssen et Lockyer, qu’est encore dû ce résultat remarquable. Désormais, grâce à ces deux savants astronomes, l’étude des protubérances n’est plus limitée aux courts instants des rares éclipses totales de Soleil; on peut les

Commencement de la totalité. Fin de la totalité.

Protubérances solaires vues pendant l’éclipse totale du 18 juillet 1860, d'après les dessins et les observations de

Warren de la Rue.

observer à toute époque de l’année, et cette seule possibilité prouve sans réplique que les protubérances ne sont pas de simples phénomènes optiques dus à l’interposition du disque lunaire , et,

Fig. 56. — Éclipse totale du 18 août 1868. — Protubérances gazeuses, vues nu commencement de la totalité, d’après les dessins et les observations faites & Guntoor (Inde anglaise) par le major Tennant.

de plus, qu’elles appartiennent décidément au Soleil.

Donnons quelques détails sur ces dernières et importantes observations : ,

En jetant un coup d’œil sur le dessin de la figure 56, on voit immédiatement deux groupes de protu-

bérances, tels qu’ils apparurent aux observateurs de l’éclipse, depuis Aden jusqu’à la presqu’île de Malacca, au début de la phase de la totalité. « L’une d’elles surtout, dit M. Janssen, celle de gauche, est

Fig. 57. — Éclipse totale du 18 août 1868. — Protubérances gazeuses, vues à la fin de la totalité, d’après les dessins et les observations faites à Guntoor par le major Tennant.

d’une hauteur de plus de 3’; elle rappelle la flamme d’un feu de forge, sortant avec force des ouvertures du combustible, poussée par la violence du vent. La protubérance de droite (bord occidental) présente l’apparence d’un massif de montagnes neigeuses, dont la base reposerait sur le limbe de la Lune, et qui

seraient éclairées par un soleil couchant. » Quand le mouvement du disque de la Lune eut masqué ces premières protubérances, et que l’éclipse, dans sa phase de totalité, fut sur le point de toucher à sa fin, d’autres protubérances se montrèrent sur le bord opposé du Soleil : ce sont celles qui sont représentées dans la figure 57 et qui forment sur une grande étendue du contour de l’astre une couche dentelée et presque continue. « Dans le grand télescope, dit un autre observateur, M. Stephan, les protubérances se présentaient avec une admirable netteté ; leur couleur ne saurait être mieux comparée qu’à celle d’un corail rose légèrement teinté de violet; toutes semblaient attachées par une base parfaitement nette et non point flotter à une certaine distance de la Lune, comme cela avait été vu en 1851 et 1860. »

Outre l’existence des protubérances et leur liaison évidente avec le disque solaire, points qui avaient été établis déjà par les observations des éclipses antérieures, on reconnut la présence d’une mince couche diaphane, très-brillante, qui parut aussitôt après le deuxième contact, et qui se montra de nouveau quelques secondes avant le troisième contact. En 1860, un peu après le commencement de l’obscurité totale et un peu avant la fin, on avait vu cette même couche qu’il ne faut pas confondre avec la couronne : tandis que la lumière de celle-ci est . blanche, la couche dont il l’agit parut d’un rouge pourpre aux observateurs de l'éclipse de 1860 (MM. le Verrier, Ismaïl). Sa hauteur variait entre 8,

10 et 15 secondes.

Arrivons à la partie la plus importante des phénomènes observés le 18 août dernier, celle qui préoc-

cupait ie plus les astronomes, à savoir, l’étude , par l’analyse spectrale, de la lumière et par suite de la nature physique et chimique des protubérances. Tous les observateurs (MM. Rayet, Herschel, Tennant, Janssen) constatèrent que le spectre de ces singuliers appendices était formé d’un certain nombre de raies brillantes. Le lieutenant Herschel en nota trois, l’une rouge, l’autre orangée, l’autre bleue ; le major Tennant cinq, voisines des raies C D E F G du spectre solaire; M. Rayet en vit neuf, parmi lesquelles cinq particulièrement intenses; M. Janssen remarqua cinq ou six lignes très-brillantes, rouge, jaune, verte, bleue, violette, et il reconnut immédiatement que la rouge et la bleue coïncidaient avec les raies G et F du spectre solaire, raies caractéristiques du gaz hydrogène.

Du reste, presque aussitôt, ce dernier physicien conçut et réalisa l’idée d’observer les raies des protubérances en dehors des éclipses. Dès le 19 août, au matin, il revit les raies brillantes accusant la présence des protubérances autour du disque du Soleil. De son côté, M. N. Lockyer qui avait fait, depuis deux ans, plusieurs tentatives et imaginé une méthode pour observer les protubérances en dehors des éclipses, ayant appris, le 20 octobre suivant, qu’elles étaient les raies observées, réussit à Londres à revoir plusieurs d’entre elles. Dans cet intervalle, M. Janssen poursuivait ses remarquables observations. Les observateurs prévenus se mirent de toute part à l’étude ; et aujourd’hui, bien qu’il y ait encore sur ce sujet beaucoup de points douteux, on peut regarder comme parfaitement établi :

1° Que les protubérances appartiennent décidé-

ment au Soleil. S’il était resté des doutes sur ce point, après les observations des éclipses antérieures, celles du 18 août dernier, et surtout celles faites après l’éclipse par MM. Janssen, Lockyer, Rayet, Secchi ne permettraient plus aucun doute.

2° Que les protubérances sont de nature gazeuse; c’est un gaz incandescent, en grande partie composé d’hydrogène, mais renfermant sans doute d’autres substances, peut-être même inconnues à la surface de la Terre, ainsi que parait le prouver l’existence d’une raie brillante , voisine de la raie jaune du sodium, bien que ne coïncidant pas avec celleci, et, chose curieuse, ne correspondant à aucune des raies obscures du spectre solaire.

3° Que la matière des protubérances existe sur une grande étendue, sinon sur toute la surface de la photosphère. Elle forme une couche continue, dont M Lockyer évalue l’épaisseur moyenne à 8 000 kilomètres, et les protubérances ne paraissent être que les portions de cette couche, soulevées à des hauteurs plus ou moins grandes, quelquefois détachées de la masse, quelquefois la surplombant. La grande protubérance de la figure 56 n’avait pas moins de 34000 lieues de hauteur verticale au-dessus de la photosphère.

4° Que ces prodigieuses accumulations de gaz incandescents subissent, en des temps fort courts, des changements de forme et de dimensions indiquant que la couche de matière est constamment agitée par des mouvements dont la cause est encore inconnue, peut-être la même que celle qui donne lieu à la formation des taches et des facules.

Depuis l’époque des observations faites pendant

l’éclipse totale d’août 1868, un grand nombre de faits de détail sont venus se joindre à ceux qu’on vient de décrire. Les spectres des protubérances, les lignes brillantes dont ils se composent ont été étudiés à l’aide de la nouvelle méthode; on a pareillement étudié ceux des taches. La chromosphère , c’est le nom donné à la couche continue d’hydrogène dont la photosphère est recouverte, paraît contenir, outre ce gaz, des vapeurs métalliques, celles du fer, du barium, du magnésium, mais seulement dans les régions les plus basses. Les faits, nous le répétons, sont nombreux; mais il y a encore entre les divers observateurs des divergences trop grandes, soit sur les observations elles-mêmes, soit sur leur interprétation au point de vue de la constitution physique du Soleil, pour qu’il ne soit pas prématuré d’en tirer des conséquences. D’ailleurs, il reste à éclaircir bien des points douteux encore, bien des questions que les observations anciennes, comme les nouvelles, ont suggérées et laissent indécises.

Par exemple, y a-t-il une relation physique entre les taches, noyaux noirs et pénombres, et les protubérances, comme tendraient à le prouver les observations du père Secchi ? Avant l’éclipse dernière, on le niait, en faisant observer que les protubérances se voient à toutes les latitudes, tandis que les taches sont comprises dans une zone restreinte. Cependant on a signalé le voisinage presque immédiat de facules existant sur les bords du disque, le 18 août dernier, près de deux groupes de protubérances. De même, les 24 et 27 février 1869, le père Secchi a vu briller de magnifiques protubérances à la même place où se trouvaient deux facules très-

vives au bord du disque. Ges taches brillantes ne seraient-elles autre chose que le produit de l’accumulation de la matière rose refoulée par l’éruption qui donne naissance aux taches? M. Lockyer a observé la chromosphère, quand des taches se trouvaient près du-limbe. Tantôt les taches lui ont paru accompagnées de protubérances, tantôt elles en ont paru dépourvues. Mais, comme le fait remarquer ce savant observateur, il est possible qu’une tache se trouve toujours accompagnée d’une proéminence, à une certaine époque de son existence, et qu’elle soit due à une action qui, dans le plus grand nombre des cas, serait accompagnée d’une proéminence.

Maintenant, l’atmosphère incandescente et de niveau très-inégal qui enveloppe toute la photosphère, est-elle la seule qui existe autour du globe du Soleil? Les protubérances s’élèvent-elles dans le vide, ou dans une atmosphère complètement transparente? Il reste à savoir quel est le milieu qui produit le renversement des raies par l’absorption de certains rayons de lumière photosphérique. Estce la couche rose continue, bien moins épaisse que les parties qui se soulèvent en forme de protubérances ou de nuages, mais aussi beaucoup plus dense probablement? L’intensité de la lumière de la photosphère, dont le spectre est considéré comme continu, ne peut provenir, selon les idées scientifiques actuelles, que de particules solides ou liquides incandescentes. De là l’hypothèse d’un noyau solide ou liquide proposée par Kirchhoff, ou celle d’un noyau gazeux, dont la périphérie est couverte de nuages de particules à l ? état solide ou liquide pulvérulent, selon la théorie de M. Faye. Or, de récen-

tes expériences dues à M. Frankland, on pourrait induire qu’un spectre continu peut être donné par la lumière d’une masse gazeuse incandescente, lumière d’autant plus intense que la pression et la température seraient plus considérables. A la surface du Soleil, l’intensité de la pesanteur est si forte, que la pression d’une couche de quelques mille lieues d'épaisseur doit être en effet énorme.

Toutes ces questions se trouvent à la fois soulevées par les découvertes d’une si haute importance que nous venons de résumer dans leurs points essentiels, et la constitution physique et chimique du Soleil ne peut manquer de faire prochainement de grands progrès. Mais il ne faut pas se presser de conclure 1 ; grâce à la nouvelle méthode d’observation, les faits s’accumulent; il faut attendre qu’ils soient assez nombreux, assez concordants pour en tirer des conséquences. En ce moment, les diverses théories proposées sont, par le fait, soumises à une révision qui n’en laissera peut-être guère subsister que des fragments.

4. C'est pour cette raison que nous ne faisons que mentionner ici une hypothèse sur la constitution du Soleil, dont l’auteur est un astronome américain, M. W. Gilman, de New- York. Suivant lui, le noyau du Soleil est une masse solide ou liquide incandescente, entourée de la photosphère et, par-dessus celle-ci, d’une atmosphère qui n'est visible que dans les éclipses, où elle forme la couronne. Les taches sont dues à la présence d’amas de scories qui se rassemblent à la surface du noyau, et déterminent une action électrique d’une très-grande intensité. De là des trouées dans la photosphère produites par la déflagration des masses gazeuses, et la naissance des taches, dont le noyau ne parait noir que par un effet de contraste. Cette hypothèse, dont nous ne donnons ici qu'une idée générale, est intermédiaire, comme on voit, entre celles de Wilson et de Kirchhofî.