THÉORIE GÉNÉRALE DES SPECTRES LUMINEUX

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

lumières.

Le seul moven 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-méme 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

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le truNail (jiii a vie act<)m|)li pai'MM. riiiiiscii cl Kirtliholf d'abord, puis j)ar Tlofinaii cl Tlialcn. Cette comparaison n'exige pas d'aiili-c appareil (|iic le spcctroscope dont nous avons déjà parle : il sullil 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 ravons émanés de cette source et ceux de la lumière solaire. Pour cela on dispose un pclit prisme devant la fente, de maiîicrc à la couvrir dans une moitié de sa longueur; les faces de ce prisme réfléchissent la lumière dont on veut faire l'analvse, 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 ravon 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 arri\ cr 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 j)récédente.

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 fil 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

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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 roxYo;ène-, 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 \a/ig. 98, oîi 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 la y?»-. 9/1, où les raies brillantes sont accompagnées de bandes estom-

jiées OH lormc de ('.iiiiiclurcs. De |)lii.s, l(•^ dciiv jxMcs donlUMit des s|)C'ctivs dillcrcnts l'un de laiihc. Il \ a donc, dniis ce petit intervalle, trois sjirctres dislinc ts. Poni* les étudier separénuMit, il laut, à l'aide tlunc lentille eonvergente, jirojeter sur la lenle du spectroscope l'image de l'are voltaïque; SI l'on ne prend pas eelte précaution, le pi'isine l'ecevra à la fois les rayons de tonte natni'c \enaiii de^ deux charbons et de 1 intervalle (pii les se[)are; on auiM aloi-s un s|)ectre à peu près continu.

On peut employer plusieurs méthodes pour étudier les raies que produisent les métaux dans leur combustion ; ou 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 lithiue 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 jiour les métaux plus refractaires; on emploie alors

l(^ 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.

Fifj. 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. \js.fig. 95 fait voir les raies principales qui se déve-

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loppciit <'ii l)rrilaiil (l<'s iiictaiix alcalins : potassiiiiii fR), sodiuni (Na), lilliiiiin Li), stroiitiiiin (Sr), calciimi (Ca), l)arviini (Ba), nil)itliiiin i Rl^ , c;rsiiim (Cs).

3" Si l'on fait varier la tempéra Inrc ou le degré de conihiistion pour les corps composés, ou ohtieut des spectres très-différents les nus (les autres. J^orscpiil s'agit des gaz, la j»ressiou à laquelle ils se trouvent au inoineiit de la eombuslioii exerce une très-grande influence : quekjues-uns de ceux qui donnent des raies nettes, à une faible pression, donnent des spectres continus lorsqu'ils sont soumis à inie pression très-considérable, résultat qu'on attribue à ime 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 /ubes de Geissler, dans lesquels on fait passer la décliarge d'une bobine d'induction. On remarque alors que la plupart d'entre eux donnent des spectres différents, suivant la tension de la décbarge : ainsi l'azote donne un magnifique spectre cannelé lorsqu'on fait passer une étincelle ayant une tension assez faible [fig. 96, AzI, n'^S); 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 (Pliicker,y/^^ 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 riivdrogène 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 pins faibles, dont lintensité varie à mesure que la tension devient plus forte ifig. 9<), 11 I, n° i). Si la température s'élève dune manière suffisante, les bandes diffuses disparaissent et

il ne reste que les quatre raies principales [fig. 96, H II, n°2) ( ' ). Mais lorsque la pression est plus élevée, les raies vives indiquées ci-dessus s'étalent et deviennent des bandes (Wiillner), 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

Fis. 96-

AzII

le spectre du à l'explosion d'un mélange d'oxygène et d'hydrogène, mais il a été mis hors de doute par les expériences de M. Cailletet, faites sous une pression de 5o atmosphères. Alors le spectre de l'azote et celui de l'hydrogène deviennent brillants et continus. On ne peut pousser plus loin les pressions, car le verre devenant conducteur de l'électricité, à cause de sa haute température, la lumière disparaît subitement. On ne passe pas brusquement d'un spectre linéaire à

(' ) La quatrième raie n'est pas représentée dans la figure.

un spectre continu : on \(nl d'abord les l'aies peu lumineuses à la pression ordinaire s'élargir et se dilater progressivement; à i5 atmosphères elles paraissent estompées; à mesure ([u'on augmente la pression, elles s'étendent davantage et finissent par remplir complètement les intervalles qui les séparaient : alors le spectre est continu, et, même avec une étincelle d'un tiers de millimètre, la lumière est assez vive pour éclairer un vaste laboratoire. (Cailletet.)

On a beaucoup discuté sur l'origine des spectres multiples des gaz : quelques savants pensent que chaque gaz possède réellement des s|)eetres différents, suivant les circonstances; d'autres pensent (|u"il Tant attribuer ces différences à des impuretés sans lesquelles chacpie substance aurait un spectre unique. On s'est demandé si les changements que jîrésente le spectre tiennent à la différence de pression ou Ijien seulement à la variation de la température. Cette dernière cause semble avoir la principale influence, l'accroissement de pression n'ayant d'autre effet que d'exiger une température plus élevée. Lorsqu'on fait passer la décharge de la bobine dans un tulje qui n'a pas partout le même diamètre, on observe dans la partie la plus large lui spectre à bandes, tandis que la partie étroite donne un spectre linéaire. Les phénomènes que nous venons de signaler sont très-importants; nous nous contentons d'en exposer brièvement les lois. Les physiciens ne sont pas tous d'accord dans la solution de ces questions; mais il parait que l'opinion qui admet la possibilité des spectres multiples pour une même substance, selon la température, gagne du terrain.

4" La plupart des métaux donnent des spectres discontinus composés de quelques raies brillantes qui séparent de larges bandes obscures. Ces spectres ont donc une composition inverse de celle du spectre solaire, dans lequel domine

la partie lumineuse. 11 y a cependant quelques substances qui donnent im spectre composé d'un grand nombre de raies ])rillantes, le fer par exemple, surtout quand on le soumet à Faction d'une forte pile de Bunsen. En employant, comme l'ont également fait IMM. Angstrom et Thalèn, une pile de cinquante éléments, nous avons compté jusqu'à cinq cents raies. M. Tlialèn en a compté deux cents dans le spectre du titane. Quelques métaux semblent, au premier abord, donner lui spectre continu, dans lequel on remarque quelques raies plus brillantes : c'est ce qui arrive lorsqu'on brûle du magnésium. Dans ce cas le spectre continu provient de l'oxyde qui se forme et qui, porté par la combustion à une température élevée, se comporte comme un corps simplement incandescent, émettant des rayons de toute nature.

M. Cailletet a reconnu que, sous de fortes pressions, les raies des métaux deviennent diffuses et estompées, comme celles des gaz, et ils donneraient sans doute des spectres continus si l'on pouvait obtenir des pressions assez fortes, combinées avec de très-hautes températures. Lorsqu'on brûle du sodium en grande quantité dans l'arc voltaïque, on voit ses raies se dilater d'une manière très-remarquable : il semble donc que la largeur des raies peut dépendre, non-seulement de la pression, mais aussi de l'épaisseur plus ou moins grande de la couche de vapeur.

Lorsqu'on étudie les spectres des métaux avec l'étincelle d'induction, il faut bien se garder d'attribuer au métal toutes les raies qu'on observe. Un grand nombre d'entre elles appartient à l'air atmosphérique ou au gaz dans lequel se fait l'expérience ; ces raies du gaz domineront dans le spectre si l'étincelle est courte et environnée d'une auréole : elles diminuent au contraire lorsque l'étincelle acquiert une longueur suffisante.

5" Le résultat le pins siiipiciiaMt, c'est celui ([\ion obtient CM juxlaposaiit, tomme nous l'axoMS indiqué, le spectre tluS(»l<'il et celui tl'un métal. Ou Iiounc <[ue, pour uu h<ju nombre de substances, les raies brillantes correspondent exactement à certaines raies noires du spectre solaire : ainsi l(\s raies caractéristiques du sotlium coïnc ident d'une manière précise avec les raies D de Fraunbofer; les raies que l bydrogène produit dans le rouge, dans le bleu et dans le violet, coïncident avec les raies C et F, et avec la trente-liuitiéme et la quarante-sixième de Van der Willingen (voir le tableau qui se trouve à la fin du Cliapitre précédent). Les raies du fer correspondent également à des raies bien dét<'rminées de la lumière solaire. M. Rirchhoff a trouvé plus de soixante coïncidences; Angstrom en a trouvé jusqu'à quatre cent quatre-vingt-dix et plus. Dans le tableau que nous avons inséré à la fin du Chapitre précédent, nous avons indiqué le nom des substances dont les raies correspondent à celles du Soleil; mais notre tableau est incomplet, et nous aurions pu ajouter un grand nombre de métaux dont le nom n'y figure pas ; mais notre intention n'est pas de donner un traité complet de spectroscopie.

On aura des indications plus complètes en étudiant la figure spectrale de ^I. Kirchhoff dans les quatre planches reproduites dans les Annales de Chimie et de Pliysique '3^ série, tome LX\ III, mai i8G'3, et l\^ série, tome I, avril i864) '• l^s j)arties inférieures des échelles partielles représentent les raies métalliques qui correspondent à des raies noires du spectre solaire. Nous reproduisons, d'après M. Angstrom, la liste des raies dont on a ainsi constaté la coïncidence :

Ilydrogùnc 4

Sodium f)

Barviiin 1 1

Calcium ^5

Magnésium 4"^(3?)

Aluminium ^ (i*)

Fer 490

Manganèse 57

Chrome 18

Cobalt 19

Nickel 33

Zinc 2

Cuivre 7

Titane 200

Nous pouvons ajouter quelques noms à cette liste : M. Lockver a dernièrement reconnu dans le Soleil la présence du strontium, du cadmium, du plomb, du cérium, de l'uranium-, on y trouve donc tous les métaux appartenant au même groupe que le fer. M. Lockyer a cherché inutilement les métaux dont les oxydes se décomposent facilement : l'or, l'argent, le mercure, etc. Il n'a pas trouvé non plus le chlore, le brome, l'iode, etc. Nous avions déjà reconnu la présence du plomb.

§ IL — Spectres d'absorption.

La coïncidence des raies noires du spectre solaire avec les lignes brillantes de quelques spectres métalliques était trop extraordinaire pour ne pas exciter vivement l'attention des physiciens; mais, quoique cette coïncidence, au moins pour le sodium, fût connue depuis le temps de Fraunhofer, on n'avait encore trouvé aucune explication satisfaisante. Foucault avait remarqué une singularité que présente la combustion du sodium dans l'arc voltaïque. Ce métal donne d'ordinaire une ligne brillante correspondant à la raie D ; mais , lorsqu'on le brûle en grande quantité, on voit, dans certaines

tircoiislaiices, aj>|>.ir;iîfr<> un sjicrtre j)lus ctciidii cl à pou près contimi, dans Iccjurl la ligne jaune est remplacée par une raie noire, (le fait resta isolé et inexj)li(pié juscpi'au moment où Kireiiiioir le ratt.iclia a sa tiiéoric générale. Cette ligne noire est j)ro(lnite, selon lui. par l'absorption (pTexerce la vaj)eur du sodium environnant le j)oint lumineux.

Yoiei un(^ expérience très-simple qui met bien en évidence

l'absorption produite par la vapeur de sodium. On prentl deux lampes dans lesquelles on fait brûler une dissolution alcoolique de sel marin, et on les dispose de manière à ce que, pour l'observateur, elles se projettent en partie l'une sur l'autre, comme l'indique \^fig- 97. On verra que, dans la

région où les deux flammes se superposent, celle de derrière ])arait noire et fuligineuse : cet effet est dû à ce que les rayons émis par la flamme placée en arrière sont absorbés et arrêtés au passage par la vapeur qui se trouve dans la flamme placée en avant.

Lorsqu'on brûle une quantité considérable de sodium, on obtient, à la place des lignes brillantes, des raies noires bien prononcées et sensiblement dilatées {fig. 98), Ce pliénomène

s'explique également par l'absorption que produisent les vapeurs métalliques sur les* rayons lumineux émis par la flamme. Ce renversement des raies du sodium présente une circonstance bien importante : l'absorption des rayons lumineux s'étend de part et d'autre à une grande distance, et les raies, tout en restant distinctes et nettement tranchées à l'intérieur, se dilatent sur leurs bords extérieurs comme de véritables bandes. Cette dilatation des raies noires se produit dans les mêmes circonstances que celle des raies brillantes; l'étendue occupée par ces bandes sombres est proportionnelle à la largeur que présenteraient les raies D s'il n'y avait pas renversement. Il parait donc que le sodium peut, dans certaines circonstances, donner de larges bandes à la place des lignes nettement tranchées qu'on observe ordinairement. Le thallium et quelques autres métaux présentent des phénomènes semblables.

On connaissait depuis longtemps des exemples d'absorption produite par des vapeurs. Par exemple, lorsque la lumière solaire a traversé une couche d'acide hypoazotique ou de vapeur d'iode, elle donne des raies qui n'existaient pas auparavant. Ce fait s'observe également lorsqu'on regarde à travers ces gaz une flamme ordinaire dont le spectre est continu; les raies dues à l'absorption s'y produisent également, et il est bien plus facile de les reconnaître.

Les gaz qui composent notre atmosphère ont aussi une puissance d'absorption assez considérable; ils peuvent donc, en faisant disparaître certains rayons lumineux, donner naissance à quelques-unes des raies qu'on observe dans le spectre. Cette absorption atmosphérique étant d'autant plus grande que la lumière traverse une couche plus épaisse, le spectre doit varier avec la position du Soleil ; les raies doivent être moins nombreuses lorsqu'il est près du zénith, plus

— oriT —

ahoiidaiitcs lorsqu'il est j)rrs do 1 horizon. Il est facile dOI)server cette différeiice avec un simple prisme ou avec un spectroscope de poche de llofhnaun. ].ajig. i, PL I, due a M. Jansseii, donne une idée île ces variations pour la [)arti(^ la moins réfrangihle tlu spectre. Dans le rouge extrême, on v(jit se développer d(^ lari;(s ])aniles noires, qui n'existaient pas hjrsque le Soleil était pins élevé. Dans l'orangé surtout, entre C et D, près de la raie 8/3 de Van der Willingen, on voit se former une ligne nommée (>" par Pirewster fig- 2, PL /),

Fie- 99- Ha bcU'cId t.

! H il

suivie de plusieurs traits parallèles entre eux. Entre C® et D il se forme ordinairement un très-grand nombre de lignes, et quelques-unes de celles qui existaient déjà deviennent notablement plus larges. Dans les PL III à VI du spectre normal de ^I. Angstr()m on a estomj)é les lignes qui sont influencées par l'absorption atmo.spliérique.

Nous rejDroduisons dans la fig. 99 le groupe de lignes atmosphériques, situées entre 94?^ <'t io3,2 de Rirchhoff, tel (pion le \oit avec un spectroscope à sept prismes lorsque le Soleil est auprès de l'horizon. Ces raies sont beaucoup j)lus marquées en ete qu'en liixcr; l'Ucs sont alors plus noires cpie la rai<' D, et l'ensemble de la partie sombre est plus étendu que la |)artie lumineuse (pii forme le fond du spectre, l.lles I. .,

sont aussi plus visibles lorsque Tair est brumeux et bumide.

Au delà de D il se forme une grande bande nommée â par Brewster. Pendant l'iiiver, elle est composée de raies trèsfines ; mais en été elle devient très-sombre, et les différentes lignes qui la composent laissent à peine un intervalle entre elles. Enfin on remarque un autre groupe dans le vert, à peu près au milieu de l'intervalle qui sépare b et F ; le violet en contient également un certain nombre.

Quelques-unes de ces raies sont dues, sans aucun doute, aux gaz qui composent notre atmosphère; les groupes du vert, en particulier, appartiennent à l'azote. Celles qui se trou^ ent dans le jaune et dans le rouge sont presque exclusivement dues à la vapeur d'eau. Nous l'avons constaté en examinant ces spectres, dans différentes circonstances atmosphériques, en notant le moment où les raies apparaissent H mesure que le Soleil s'abaisse en approchant de l'horizon, et enfin en analysant pendant la nuit la lumière émise par des flammes situées à une grande distance. De plus, nous avons vu ces mêmes raies se manifester au moment ou des nuages légers passaient devant le disque du Soleil, ce qui montre l'influence de la vapeur d'eau qu'ils contiennent. M. Janssen a confirmé cette explication en examinant la flamme d'un gaz à travers un tube rempli de vapeur d'eau à haute pression. Il pourrait cependant se faire qu'un certain nombre de raies soient dues à des substances encore inconnues, qui sont répandues en assez grand nombre dans notre atmosphère, surtout dans la saison chaude, où elle est chargée de vapeurs d'origine végétale qui sont généralement très-absorbantes. La plupart, cependant, dépendent assurément de la vapeur d'eau, comme nous l'avons prouve en faisant simultanément des études spectrales et des observations hygrométriques.

— ±rj

^ lii. — RciiKcrscrncnl des specUes.

Il résulte (le roxpositmii précédente (ju un spectre peuL être discontinu j)()ur deux, raisons Lien différentes : i° parce tpie, «Ml réalité, les rayons émis par la source lumineuse ne sont pas continus : telle est la lumière de l'étincelle électrique, celle des métaux volatilisés, etc.; 2° le spectre peut tlevenir tliscontinu j)ar l'action absorbante d'une substance gazeuse ou d'une vapeur, et cette vapeur peut être celle de la substance l)rùlée. F^es vapeurs métalliques étant très-absorbantes, comme nous l'avons vu pour le sodium, j)ourraient l^ien produire un résultat semblable dans la lumière solaire , et c'est de là que résulteraient les lignes noires du spectre. Cette idée si féconde se présente naturellement à l'esprit comme une conséquence de tout ce que nous venons de dire. Ajoutons cependant qu'il n'est pas nécessain' (|ue les vapeurs soient incandescentes : il suffit que la température soit assez élevée pour réduire le métal à l'état de fluide élastique, température qui n'est pas la même pour toutes les substances. Ainsi Kirclihoifa pu constater l'absorption produite par le sodium avec des tubes pleins d'hydrogène qui contenaient la vaj)eur de ce métal à une température assez basse.

On peut reproduire cette expérience bien simplement, de la manière suivante : on dirige le spectroscope vers le Soleil, comme pour les observations ordinaires, puis on met devant la tente du collimateur la llamme d'une lampe dans laquelle on a mis une dissolution alcoolique de chlorure de sodium : on Aoit aussi les raies D devenir j)lus sombres et s'élargir considérablement, si la vapeur métallique est abondante. La flannne tloit avoir des dimensions considérables. On réussira

plus facilement si, au lieu d'employer de l'alcool salé, on pose sur la mèche un peu de sodium ou de carbonate de soude.

Lorsqu'on brûle dans l'arc voltaique certains métaux, le sodium, le thallium, le magnésium, etc., les raies, qui sont brillantes lorsque la flamme est petite, deviennent noires au milieu et ])ordées d'une lumière très-vive, si la flamme devient ]dus brillante; de sorte que la ligne brillante parait divisée en deux par une raie noire très-fme. C'est le renversement produit dans la région centrale par la petite atmosphère de vapeur métallique qui environne l'étincelle ; ' ;. Cette expérience, due à 31. Cornu, est analogue à celle de Foucault dont nous avons parlé, et dans laquelle on analyse au spectroscopc la lumière produite par la combustion d'une masse plus considérable de sodium. Nous l'avons vérifiée pour le sodium, le magnésium, le fer, le thallium, etc.

Toutes ces expériences supposent, comme condition essentielle, que la couche extérieure dans laquelle se produit l'absorption est à une température plus basse que la région d'où émanent les rayons. De là le principe fondamental de ces recherches : .4 une basse température, une vapeur absorbe précisément les rayons lumineux que la même substance émettrait si elle était incandescente. Ainsi la vapeur de sodium produit, par son absorption, des raies noires à l'endroit précis où le même métal produit des raies brillantes pendant sa combustion. Ce fait généralisé constitue ce qu'on appelle le renversement du spectre, et l'on peut énoncer d'une manière générale le principe suivant : Une vapeur absorbe précisément les rayons quelle est capable d'émettre lorsqu'elle est incandescente ; de sorte que le pouvoir émissif et le pouvoir ab-

(' ) Comptes rendus des séances de l' Académie des Sciences, t. LXXIII, p. 33:.

sorhanl sont complémenuùtcs iiin de raulrc. Clettc règle suppose toujours, comnio ((indition essentielle, que la vapeur absorbante est à une température plus basse que celle du corps rayonnant.

La tliéorie physique de ces plunoniènes est assez facile à établir par une simple comparaison entre l'optique et l'acoustique, comparaison à laquelle nous conduisent naturellement les idées actuelles, d'après lesquelles la lumière résulte des ondulations d'un fluide étlicré. Un grand nombre de corps sojîores, à cause de leurs formes irrégulières, ne peuvent émettre que des bruits résultant d'une multitude de sons confus et correspondant à des longueurs d'onde différentes; il y en a d'autres, au contraire, qui, se trou^ ant dans de meilleures conditions, produisent des sons musicaux parfaitement définis et déterminés ; ces sons musicaux sont produits par des vibrations toutes isochrones, et ils se propagent par des ondulations toutes de même longueur; ils sont tout au plus accompagnés de quelques harmoniques à la quinte, à l'octave, etc.

Il se produit quelque chose d'analogue pour les corps lumineux. Les corps simplement incandescents, retenus et gênés par des liens moléculaires, émettent des ondulations de toute nature et de toute longueur, dont les indices de réfraction prennent toutes les valeurs possibles entre deux limites extrêmes : de la résulte nécessairement un spectre continu. Les mêmes substances réduites en vapeur, délivrées des entraves de la cohésion, vibrent avec plus de liberté, émettent des ondes lumineuses dont la longueiu' dépend uniquement de la masse vibrante et de sa force vive. Ces ondes sont en petit nom])re et nettement définies ; tout au plus sont-elles accompagnées de quelques autres ondulations que nous pourrions appeler harmoniques et dont les longueurs ont des rapports

commensurables avec celle de l'onde principale. Par exemple, les raies C et F de l'hydrogène sont dues à des rayons dont les lonojueurs d'onde sont presque rigoureusement dans le rapport de 4 à 3, rapport qui caractérise en acoustique l'intervalle de Vut au/a; la différence est seulement de ^. La troisième raie du violet, comparée à la raie C, donne le rapport de f à I, avec une différence également très-petite; en faisant abstraction de cette différence, nous aurions le rapport qui caractérise l'intervalle du ré au la. Dans plusieurs substances, les raies spectrales sont réunies par groupes (fer, magnésium, carbone, etc.); or, d'après M. Hinrichs, si l'on étudie les différentes raies d'une même substance, on trouve que leurs longueurs d'onde peuvent être représentées par les termes d'une progression arithmétique, et la raison de cette progression demeure constante pour un même groupe ; elle peut toujours s'exprimer par un nombre assez siinple, qui dépend de la forme et du volume des atomes. Ajoutons cependant que les vibrations d'un corps ne se réduisent ainsi à un petit nombre d'ondes régulières que jusqu'à une certaine limite de température et de pression ; au delà de ces limites, les ondes de longueurs différentes deviennent de plus en plus nombreuses, et l'on finit par avoir un spectre continu. C'est ce qui arrive pour l'hydrogène dans les expériences de Cailletet et de Pliicker ; on en voit encore des exemples dans la combustion vive du sodium, du thallium, etc.

Ces théories peuvent présenter quelques difficultés de détail, mais on ne saurait contester le principe général qui en est le fondement : les molécules parfaitement libres d'un gaz doivent vibrer d'une manière simple et nettement définie, absolument comme les corps de forme et de masse déterminées qu'on emploie en acoustique pour produire des sons musicaux d'une très-grande pureté.

— 2yi>) —

Il arrive souvent que certains corps sonores, susceptibles tie rendre des sons nuisicaux bien détermines, se mettent en \ï\)V,{['\on par sympa/flic. Il suffit pour cela que, dans le voisinage, un instrument (piele<)n(|ue fasse entendre le son que ce corps est capable (1<* j)r(>(liiii-(', ou iiicnic l'une de ses bannoniques. C'est ainsi (|uc les cordes d'ini j)iaiio, (ruiic liarpc ou d'un violon peuvent, sans avoir été directement ébranlées, s<> mettre à résonner sous la seule influence des ondes aériennes. Lors(pi't)n parle devant un piano ouvert, on entend frémir les cordes qui sont d'accord avec la voix. Les belles expériences de Meyer prouvent que ces vibrations se transmettent à des diapasons placés à des distances trés-considérables et qu'on peut les rendre visibles par des moyens trèssimples.

Les molécules d un gaz doivent éprouver quekjue ciiose de semblable, relativement à la lumière. Lorsqu'elles sont frappées par des ondes éthérées, ces molécules demeurent le plus souvent indifférentes, parce qu'elles ne sont pas capables de vibrer à l'unisson; mais, s'il survient un mouvement vibratoire correspondant à la longueur d'onde qu'elles peuvent elles-mêmes produire, ou ayant avec cette longueur un raj)port assez simple, elles en subiront immédiatement l'influence, comme les cordes sonores subissent l'influence des vibrations aériennes. Mais alors les molécules ainsi ébranlées absorberont le travail de l'onde lumineuse qui les a frappées, et, le mouvement étant ainsi intercepté par le milieu qu'il allait traverser, le rayon lumineux cessera de se propager et semblera s'éteindre. Une couche de molécules gazeuses peut donc absorber les ravons (pii lui sont svmpathiques, c'est-à-dire ceux (|ui correspondent à la longueur d'onde qu'elle-même peut produire en vibrant, ce qui revient à dire qu'une substance réduite à l'état de gaz ou de vapeur absorbe précisé-

ment les ravons que cette même substance est capable d'émettre lorsqu'elle est incandescente. Il est bien vrai que, par le fait même de cette absorption, la masse gazeuse augmente la force vive qu'elle possède, que sa température s'élève et que, par suite, elle devient elle-même rayonnante, ce qui tend à substituer une raie lumineuse à la raie noire qu'elle produit; mais la ligne noire ne jîourra disparaître qu'au moment où la couche gazeuse aura acquis un éclat égal à celui de la source, condition impossible à remplir lorsque la masse de gaz présente une assez grande épaisseur. Ainsi ces raies ne sont pas absolument noires, ce qu'on vérifie facilement sur le Soleil pour le sodium et pour quelques autres métaux.

Il arrive quelquefois qu'une masse incandescente émet des rayons qui se trouvent en dehors des limites des ondes normales; elle donne alors un spectre dont les raies lumineuses sont estompées. C'est ce qui arrive lorsqu'on brûle dans l'arc voltaïque certains métaux, tels que le sodium, le thahium, etc. Dans ce cas, les mêmes vapeurs ne se borneront pas à produire par absorption des raies noires linéaires : leur action absorbante s'étendra à distance, et les raies interverties seront elles-mêmes bordées de lignes estompées. C'est ce que nous avons vérifié pour les métaux que nous venons de citer.

Tl peut encore arriver que l'absorption soit due à un gaz qui, au lieu de donner naissance à des ondes de même longueur que celles qui cherchent à le traverser, soit seulement capable de produire ce que nous pouvons appeler les harmoniques de ces mêmes ondulations. Alors l'absorption ne sera pas complète, les raies ne seront pas parfaitement noires, mais leur teinte plus ou moins foncée tranchera toujours sur le reste du spectre.

La théorie que nous venons d'exposer est actuellement admise par les physiciens, et l'on peut même dire qu'elle est

coiifii'nu'c par la (lilliTciuc (|iii existe cnlrc l'absorption produite par les gaz et eelle (pii est due aux corps licjuides ou solides. Dans le premier (as. les raies sont ordinairement netles, francliemenl tei-minees cl parlait^-menl isolées les unes des auti'es: mais, lorsque les gaz sont soumis à des pressions trèseonsiderahles, Taelion moléeulair»' j)arait déjà (aire sentir son influence, et les rai<'s deviennent diiïuses. Lorscpi'il s'agit îles liquides ou tles solides, l'absorption produit des zones nél)iileuses, larges et mil terminées, cpiOn ne j)eut leussir a partager en raies simples, dislini tes les unes des autres. Ce résultat est évidemment dû à ce ([iw les liens moléculaires, assez forts dans les solides et même dans les liquides, sont faibles ou à peu près nuls dans les gaz.

Cette théorie est générale, et l'on peut l'appliquer à d'autres cas qu'à l'absorptiou des raies spectrales produites j)ar les vapeurs des corps simples. On peut l'appliquer, par exemple, à l'absorption exercée sur la chaleur rayonnante par les gaz composés. On voit alors que les liens de la cohésion moléculaire ne sont pas les seuls qui contribuent à déterminer la nature de cette absorption et que ceux de l'affinité chimique et de l'état de combinaison exercent aussi une influence très-considérable. Ainsi un sim])le mélange d'hydrogène et d'azote, comprimés de manière à occuj)er le même volume que le gaz ammoniac auquel ils pourraient donner naissance, absorbe une très-faible quantité de chaleur; il en est bien autrement de l'ammoniaque, qui, dans les mêmes circonstances, manifeste un pouvoir absorbant soixante fois plus considérable; on en peut dire autant de l'oxvgène et de l'hydrogène : leur mélange possède un pouvoir absorbant beaucoup plus faible que celui de la vapeur d'eau qui résulte de leur condjinaison. Les gaz simples ont, en général, un pouvoir absorbant très-faible, et, par conséquent, ils émettent

aussi fort peu de lumière, même lorsque leur température est très- élevée ; c'est ce qui fait que le mélange d'oxygène et d'hydrogène donne une flamme très-pàle, quoique très-chaude. Outre les radiations lumineuses, le Soleil émet aussi des radiations chimiques et thermiques; nous en parlerons plus tard. Appliquons maintenant à l'étude de la photosphère et de sa constitution les principes que nous venons d'exposer.