THÉORIE GÉNÉRALE DES SPECTRES LUMINEUX

§ I. — Comparaison de la lumière solaire avec les autres

lumières.

Le seul moyen d'arriver à connaître la nature et la cause des raies noires que nous observons dans le spectre du Soleil, c'est d'étudier à ce même point de vue les autres lumières, soit naturelles, soit artificielles. Cette étude est facile et elle avait été déjà commencée par plusieurs savants. Fraunliofer avait examiné le spectre dû à la flamme de l'alcool salé, et il avait reconnu qu'il est seulement composé d'une double ligne jaune qui correspond au groupe des raies D du spectre solaire. John Herschel, Fox Talbot et Brewster étudièrent différentes flammes-, ils trouvèrent que leurs spectres étaient discontinus, formés de plusieurs raies séparées et indépendantes, mais constantes pour une même substance : aussi Brewster affirma- 1- il qu'on peut reconnaître la nature des corps par la simple inspection du spectre auquel ils donnent naissance. Nous avions nous-mème étudié le spectre de l'étincelle électrique, ainsi que Wheatstone, Masson, Brewster, mais tous ces travaux étaient épars et sans unité ; il fallait les coordonner entre eux, en comparant les différents spectres avec celui de la lumière solaire. C'est là

le travail qui a été accompli par MM. Bunsen et Rirchhoff d'abord, puis par Hofman et Tlialèn. Cette comparaison n'exige pas d'autre appareil que le spectroscope dont nous avons déjà parlé : il suffit de mettre la source lumineuse qu'on veut étudier en avant de la fente du collimateur, en adoptant un procédé quelconque qui permette d'introduire à la fois dans l'appareil les rayons émanés de cette source et ceux de la lumière solaire. Pour cela on dispose un petit prisme devant la fente, de manière à la couvrir dans une moitié de sa longueur ; les faces de ce prisme réfléchissent la lumière dont on veut foire l'analyse, de manière à la diriger dans le tube de la lunette, parallèlement à son axe ; en même temps, un rayon de lumière solaire pénètre par la partie de la fente demeurée libre. Alors on voit dans le champ de l'appareil deux spectres distincts, mais juxtaposés : l'un produit par la flamme qu'on étudie, l'autre dû au rayon solaire. Comme les deux parties de la fente composent une seule et même ligne droite, les raies qui ont même indice de réfraction doivent occuper des positions identiques dans les deux spectres, et, par suite, elles doivent être rigoureusement sur le prolongement l'une de l'autre. Lorsqu'on a besoin d'une plus grande précision, on fait arriver les deux lumières directement par la même fente, et on les superpose ainsi parfaitement. On ne peut pas toujours employer cette méthode ; mais, lorsqu'on parvient à voir ainsi les deux spectres à la fois, elle est de beaucoup préférable à la précédente.

En opérant ainsi, on est arrivé aux conclusions suivantes : i° Lorsqu'on examine des corps simplement incandescents, comme les charbons de l'arc voltaïque, un fd de platine traversé par un courant électrique, la chaux, la magnésie, la zircone échauffées par la flamme du gaz oxy-hydrogène, le charbon en suspension dans la flamme d'une lampe ou dans

celle d'une bougie, etc., on obtient toujours un spectre continu, sans aucune raie noire ou brillante.

2° Toutes les fois qu'un corps, brûlant à la pression ordinaire, donne naissance à un composé gazeux, il produit une flamme dont le spectre est discontinu : ainsi la flamme d'une bougie présente, dans la partie plus lumineuse, un spectre continu-, mais il y a toujours à sa base une partie bleuâtre, dans laquelle s'effectue la combinaison du carbone et de l'oxygène; cette partie donne un spectre discontinu, où l'on distingue trois groupes de raies vertes et bleues, nettement séparées les unes des autres et brillant d'un vif éclat. Ces raies

sont dues soit au carbone, soit à l'un de ses composés, et leur ensemble forme une échelle excellente pour l'étude de certaines lumières. Ce spectre est représenté dans ïajîg. 93, où la hauteur des lignes verticales est proportionnelle à l'intensité des raies correspondantes.

On peut encore obtenir les raies principales de ce spectre en examinant au spectroscope la flamme du cyanogène ou celle d'un autre composé du carbone. On les voit encore trèsnettes dans le milieu de l'arc bleuâtre qui se produit entre les deux charbons, lorsqu'on fait l'expérience de la lumière électrique avec une forte pile. Ainsi, pendant que les charbons, qui sont simplement incandescents, donnent un spectre continu, l'arc voltaïque donne le spectre représenté dans \à.fig. 94, où les raies brillantes sont accompagnées de bandes estom-

pées en forme de cannelures. De plus, les deux pôles donnent des spectres différents l'un de l'autre. Il y a donc, dans ce petit intervalle, trois spectres distincts. Pour les étudier séparément, il faut, à l'aide d'une lentille convergente, projeter sur la fente du spectroscope limage de l'arc voltaïque; si l'on ne prend pas cette précaution, le prisme recevra à la fois les rayons de toute nature venant des deux charbons et de l'intervalle qui les sépare-, on aura alors un spectre à peu près continu.

Fis- 9rh

On peut employer plusieurs méthodes pour étudier les raies que produisent les métaux dans leur combustion ; on peut les brûler en les introduisant dans une flamme assez chaude ; on peut encore brûler un de leurs sels, comme on fait dans les feux d'artifice ; on peut enfin recourir aux étincelles électriques. Lorsqu'on brûle dans une lampe une dissolution alcoolique de sel marin, on obtient d'une manière très-remarquable la raie jaune du sodium, qu'on peut séparer en deux avec des instruments un peu puissants. Le chlorure de cuivre, l'azotate de strontiane, le carbonate de lithine introduits dans la mèche de la lampe donnent des raies vertes et rouges qui servent à caractériser ces métaux. Les lampes à alcool ne produisent pas une température assez élevée pour les métaux plus réfractaires; on emploie alors

le bec de Bunsen, dans lequel on brûle un mélange de gaz d'éclairage et d'air atmosphérique. On obtient ainsi une flamme bleue dont la température est très-élevée, et qui ne donne pas le spectre continu de la flamme blanche ordinaire.

Fi(j. 95.

Lorsqu'on veut utiliser l'étincelle électrique, on a recours, soit à une forte pile, soit à une bobine d'induction, et l'on fait jaillir l'étincelle entre deux rhéophores composés des métaux qu'on veut étudier.

Dans ces circonstances, pendant que la combustion ou la combinaison chimique s'effectue, une même substance donne toujours les mêmes raies lorsqu'elle se trouve à la même température. Lajîg. 95 fait voir les raies principales qui se déve-

loppent en brûlant des métaux alcalins : potassium (R), sodium (Na), lithium (Li), strontium (Sr), calcium (Ga), baryum (Ba), rubidium (Rb), caesium (Cs).

3° Si l'on fait varier la température ou le degré de combustion pour les corps composés, on obtient des spectres très-différents les uns des autres. Lorsqu'il s'agit des gaz, la pression à laquelle ils se trouvent au moment de la combustion exerce une très-grande influence : quelques-uns de ceux qui donnent des raies nettes, à une faible pression, donnent des spectres continus lorsqu'ils sont soumis à une pression très-considérable, résultat qu'on attribue à une température plus élevée. On essaye généralement les gaz en les amenant à un degré suffisant de raréfaction dans des tubes fermés connus sous le nom de tubes de Geissler, dans lesquels on fait passer la décharge d'une bobine d'induction. On remarque alors que la plupart d'entre eux donnent des spectres différents, suivant la tension de la décharge : ainsi l'azote donne un magnifique spectre cannelé lorsqu'on fait passer une étincelle ayant une tension assez faible [fi g. 96, AzI, n°3); mais, lorsqu'on introduit un condensateur dans le circuit et que la tension de la décharge devient très-grande, alors le spectre est discontinu et composé de raies isolées, dont l'aspect est très-différent du précédent (J>\ù.cker,fig. 96, Az II, n°4). La même chose arrive pour l'oxygène, le carbone, le soufre, etc. Dans ces expériences, les gaz agissent à peu près comme des vapeurs métalliques; mais, en général, leur spectre est très-complexe : ainsi l'hydrogène donne quatre raies principales, une dans le rouge, la deuxième dans le bleu, et deux autres dans le violet; il présente en même temps un grand nombre de lignes plus faibles, dont l'intensité varie à mesure que la tension devient plus forte (fig. 96, II I, n° 1). Si la température s'élève d'une manière suffisante, les bandes diffuses disparaissent et

il ne reste que les quatre raies principales (Jig. 96, H II, n°2) ('). Mais lorsque la pression est plus élevée, les raies vives indiquées ci-dessus s'étalent et deviennent des bandes (Wullner), et enfin on finit par avoir des spectres continus sous de très-fortes pressions (Frankland). Ce fait avait été annoncé par M. Frankland, qui l'avait observé en examinant

Fig. 96.

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