CHAPITRE YI

RELATIONS QLI EXISTENT ENTRE LES TACHES ET LES PROTUBERANCES ET LE DIAMÈTRE SOLAIRE.

§ I. — Exposition des faits.

Nous avons exposé, dans le Chapitre précédent, un ensemble de faits que nous pouvons résumer de la manière suivante :

I. Les protubérances, les taches et les facules les plus brillantes, et surtout les éruptions, se produisent principalement dans les mêmes régions solaires.

II. Les maxima de ces phénomènes se produisent aux mêmes époques. Cette dernière loi cependant n'est vraie qu'avec quelques restrictions :

i'^ Le maximum des protubérances dure plus longtemps que celui des taches.

2*^ Cette coïncidence ne se vérifie que si l'on examine les durées entières de la rotation du Soleil; pour les observations individuelles, elle semble être en défaut, parce que les taches et les protubérances ne peuvent s'observer simultanément, les taches n'étant visibles que dans l'intérieur du disque, tandis qu'on jie peut suivre les protubérances que sur le contour.

De tous ces faits, nous devons conclure qu'// existe une relation étroite entre ces deux ordres de phénomènes : c'est cette relation que nous nous proposons d'étudier en détail dans le présent Chapitre.

C'est pour avoir les ricmciils nécessaires à rettc étude que nous a\ons entrc^pris le lourd lra\ad de dessmer ( liafiue jour les protubérances sur la même fljjjure ou nous avons d'alxM'd représenté les taches, nous écartant ainsi de la méthode plus facile, adoptée par les autres astronomes, de représenter j)ar une ligne droite le contour apparent du Soleil. Nous pouvons ainsi, pour tout(*s les journées où le Soleil est visible, réunir l'un à coté de l'autre les deux ordres de phénomènes ; nous pouvons voir les modifications qui se produisent dans la chromosphére lorsqu'une tache passe de la partie invisible à la partie visible du globe solaire, ou bien lorsqu'elle se rapproche du bord pour disparaître de l'autre côté. Nous avons publié en détail les résultats des observations les plus im|)ortantes pour l'époque comprise entre le j janvier 1869 et le 3i décembre i8'y2 (') ; plus tard nous avons fait la même discussion pour les ol)servations de iSy^; puis, dans le Bulletin de rObser\atoire, nous avons chaque mois donné une histoire des phénomènes solaires les plus importants. Ces longs détails seraient déplacés dans l'Ouvrage que nous publions en ce moment ; nous renvoyons donc à nos Mémoires ceux de nos lecteurs qui voudraient les étudier , et nous nous contentons de résumer ici nos conclusions. Nous prions encore le lecteur de vouloir bien se rappeler ce que nous avons dit au ^Chapitre IV, § ITI, TV et V du Livre II, surtout aux pages 102 et 1 10-120 du tome Y\ Ce que nous allons ajouter ici sera comme le complément naturel de ce qui a été dit sur la structure des taches, sujet que nous ne pouvions épuiser alors, n avant pas encore tous les éléments nécessaires à nos conclusions.

(') f'oir les Atti île l'Acailcinie Poiililicalc des yuovi Lincei, séances du iq janvier et du 3o mars 1873.

Parlons d'abord des relations individuelles qui existent entre chaque tache et les protubérances qui l'accompagnent ; nous nous occuperons ensuite des phénomènes généraux.

I. Il faut distinguer les protubérances d'après la nature des substances qui les composent. Les protubérances uniquement composées d' hydrogène peuvent se produire sur toute la surface du Soleil, même dans les régions où l'on ne voit jamais de taches proprement dites. M. Trouvelot Aient d'annoncer qu'il a observé des taches à peu de degrés du pôle ; il ne donne pas la distance exacte, il l'estime à lo degrés. Mais ces objets ne sont pas des taches véritables, ce sont des régions plus obscures de la photosphère quil appelle fâches voilées (*) et que nous avons remarquées plusieurs fois, et même vues former de véritablescratères sans région absolument noire à l'intérieur [voir t.I", p. i I 3, vers la fin). Le maximum ab.solu de iiauteur de ces protubérances hydrogénées est même en dehors de la zone des taches, et occupe la zone de 3o à 4o degrés de latitude héliographique. Tl n'y a donc aucune relation directe entre celles-ci et les taches.

II. Les protubérances riches en vapeurs métalliques, c'està-dire les éruptions proprement dites, accompagnent invariablement les taches. Lorsqu'une grande éruption se manifeste au bord oriental, on peut être certain qu'une tache va apparaître, et on l'observe infailliblement le jour suivant. On ])eut être trom])é dans cette attente par les éruptions moins considérables à cause de leur disparition raj^ide, jamais par les grandes. Sous le nom d'éruptions, nous ne désignons pas seulement les jets très-élevés, mais encore ces pointes basses, vives et roides dont nous avons déjà parlé; ces phénomènes

(') American Acadeinj, Proceediiigs, ii oclob.-e iSyj.

sont les seuls permanents, tandis que les jets élevés ont une eourte durée et peuvent passer inaperçus. Les jets de vapeurs métalliques sont toujours accompagnés d'une grande quantité d'hydrogène et de la substance qui ])roduit la raiel),.

III. Nous venons de dire que les éruptions métalliques se produisent dans le voisinage des taches ; la réciproque n'est pas toujours vraie, car on voit quelquefois des taches qui ne sont ni précédées ni accompagnées par ces éruptions. Il est cependant très-rare qu'elles ne soient pas précédées et accompagnées par des masses d'hydrogène incandescent et par des bouleversements très-visibles dans la chromosphère. Les taches rondes, que nous avons appelées taches nucléaires, sont celles qui se manifestent le plus souvent sans aucune protubérance ; quant à celles qui sont irrégulières, dont la forme annonce de grands mouvements et des bouleversements intérieurs, elles sont toujours accompagnées de protubérances contenant des vapeurs métalliques. Ces exceptions peuvent tenir à deux causes très-différentes :

1° Ces taches ne sont peut-être accompagnées d'aucun mouvement violent capable de donner naissance à des jets élevés.

dP Les éruptions étant des phénomènes essentiellement intermittents, il peut arriver qu'elles fassent accidentellement défaut juste au moment de l'observation.

La première de ces causes est confirmée ])ar l'observation; en effet, l'absence de phénomènes éruptifs se vérifie souvent lorsqu'elles disparaissent au bord occidental, après avoir donné des indices d'épuisement et de langueur. Les taches deviennent alors nucléaires, rondes et tranquilles, ne sont plus entourées d'aucun phénomène qui révèle une ^ ive agitation dans la partie voisine de la chromosphère; le calme le plus complet semble généralement régner autoui' d'elles

comme à leur intérieur, ou du moins, s'il se manifeste quelque mouvement, il est bien peu sensible. Il n'en est pas de même des taches qui sont en voie de formation ou du moins dans une période de grande activité à l'époque où elles se rapprochent du bord ; dans ce cas, on aperçoit toujours des mouvements considérables dans la chromosphère ; nous regardons l'assertion contraire comme une erreur.

IV. Les taches à noyaux multiples, irrégulières et déchiquetées, présentent, lorsqu'elles arrivent au bord, des flammes nombreuses ; elles sont souvent assez basses et peu étendues, mais l'ensemble est disséminé sur un espace considérable. — - r:

Nous avons été amené à énoncer ces conclusions après avoir

Fiît. 208.

étudié et surveillé avec soin plusieurs centaines de taches à l'époque de leur entrée et de leur sortie. Nous avons constaté une relation étroite entre ces deux ordres de j^hénomènes même à l'époque où l'on n'avait pas encore pensé à élargir la fente du spectroscope ; aussi, dès les premiers mois de l'année 18G9, avions-nous établi plusieurs de ces conclusions et surtout les suivantes :

V. Les raies de l'hvdrogène sont très-vives et très-élevées dans le voisinage des taches, elles s'étendent quelquefois jusqu'aux noyaux, à l'intérieur du disque solaire [fig- 208), et les facules les plus brillantes qin précèdent les taches présentent des raies métalliques. Lorsqu'on eut introduit l'usage d'observer avec une fente plus large, les mêmes faits furent

observés et confirmés par nous, par MM. Respiglii, Sporer, Taccliini, etc.

En reprenant cette étude avec plus de soin et en observant assidûment les plus petits détails, nous avons constaté que la formation d'une taclie n'est pas seulement accompagnée d'une éruption d'iivdrogène : il v a toujours quelque chose de plus, et nous pouvons affirmer avec certitude qu'aucune tache ne se produit sans être accompagnée d'une éruption métallique.

Les éruptions plus riches en sodium, en fer et en calcium correspondent à des taches plus noires et plus profondes en apparence.

Lorsqu'il s'agit de taches ayant une grande étendue, les vapeurs métalliques s'élèvent à des hauteurs considérables, 60, 70 et 90 secondes, rarement au-dessus; dans les cas ordinaires, les jets sont moins élevés, et prennent la forme d'amas brillants, de rayons, etc.; il est facile de les distinguer des protubérances ordinaires, rien qu'en examinant leur couleur et la vivacité de leur lumière, ce qui leur a fait donner par M. Sporer le nom àe flamboyantes. Ainsi donc, lorsque nous parlons des éruptions qui accompagnent les taches, il ne s'agit pas de ces couches minces et difficiles à reconnaître signalées par M. Tacchini, mais de masses de vapeurs métalliques qui s'élèvent assez haut pour qu'on puisse facilement les remarquer. Et, en effet, lorsque les circonstances sont exceptionnellement favorables, on trouve toujours des traces de vapeurs métalliques dans la chromosphère et même dans les protubérances composées d'hydrogène lorsqu'elles sont un peu vives.

VI. Une chose importante à signaler pour la théorie des taches, c'est que l'étendue de la région troublée par une éruption est beaucoup plus considérable que celle qui est occu-

née par la partie obscure du noyau et de la pénombre, et que tout autour régnent une multitude de facules. Cette remarque se trouve confirmée par le spectroscope, cpii nous montre que l'étendue des jets métalliques est très-bornée en comparaison de la région troublée de la chromosphère, dont l'étendue est justement proportionnelle à la région occupée par les facules.

VII. Nous avons déjà distingué deux espèces de facules : les brillantes eX. tranchées ^ et les diffuses (Chapitre précédent, § VIII, 7°, p. i54). Les premières sont visibles même sur le bord et présentent quelquefois l'aspect de véritables proéminences, tandis que les autres ne se voient pas au bord, mais seulement à luie petite distance. Or, lorsque ces facules trèsbrillantes se présentent sur le contour du disque, on trouve qu'elles sont le siège de grandes éruptions métallicpies, et que les environs sont riches en protubérances hydrogénées.

Quant aux fiicules ordinaires ou diffuses, il arrive souvent qu'elles ne sont accompagnées d'aucune éruption, d'aucune raie métallique, mais simplement de protubérances composées d'hydrogène et de D3. Réciproquement, on a souvent l'occasion d'observer des protubérances hydrogénées qui ne correspondent à aucune facule visible. Il est cependant certain que les deux ordres de phénomènes se produisent habituellement dans la même région, et qu'il y a entre eux une relation constante.

L'explication de cette anomalie n'est pas difficile. Nous venons de dire que les facules faibles ne sont pas visibles sur le bord solaire lui-même, mais seulement à l'intérieur du disque : par conséquent, si une protubérance hydrogénée se trouve suj)erposée à une facule, celle-ci sera invisible, et il faudra attendre le jour suivant pour qu'elle paraisse sur le disque; mais nous connaissons la variabilité de ces jets, ils

peuvent s'évanouir pendant le trajet ou changer de place. D'un autre cote, une facule peut être visible près du bord occidental, mais, à moins que le jet ne soit très-élevc, nous ne pouvons voir la protubérance hydrogénée correspondante que lorsqu'elle arrive sur le bord. Or, dans cet intervalle, le jet peut encore changer et s'évanouir. Il est donc très-rare de pouvoir constater exactement la correspondance individuelle entre les jets d'hydrogène et les facules, et il faut se contenter d'une correspondance générale, dont l'existence est certainement aujourd'hui démontrée. En effet, les régions des facules un peu vives, lorsqu'elles arrivent au bord, fourmillent de jets d'hydrogène, et le contour des taches est là pour en fournir la preuve à tous moments.

VIII. Un point important à éclaircir, c'est de savoir si l'éruption a lieu sur les taches ou sur les facules. Pour répondre à cette question, il faut faire attention à plusieurs choses :

1^ D'abord, l'éruption ne peut pas se définir directement, parce que généralement l'ouverture éruptive n'est pas visible. Si elle est sur le bord solaire, nous ne pouvons pas la voir, nous la verrons seulement quelque temps après, lorsque par la rotation elle sera entrée sur le disque : d'ordinaire cela demande l'intervalle d'un jour.

2° Or le trajet de l'ouverture ne se fait pas toujours dans une direction normale au bord, mais ordinairement suivant une ligne oblique et courbe, qui est la projection du parallèle solaire qu'elle décrit. Il y aura donc en général, le jour suivant, un changement dans l'angle de position, en supposant que l'éruption continue, ce qui est assez incertain. Ainsi, si l'on voit l'éruption en général, on n'en voit pas la source.

3° Je dis en général, car il peut se présenter le cas, trèsrare à la vérité, qu'une éruption provienne d'une tache vi-

sible près du bord; mais alors elle doit être très-haute pour dominer tout l'espace qui sépare la tache du bord solaire et paraître en dehors du bord. Cela arrive souvent pour l'hydrogène (tWr ci-dessus, III), mais très-rarement pour les métaux. Les éruptions sont souvent visibles au milieu du disque sur les taches, mais leurs caractères sont tout particuliers, et dans leurs détails elles doivent être interprétées d'après la théorie et ne peuvent servir à la fonder.

4° Le cas le plus fréquent, c'est que, lorsqu'on voit une éruption métallique sur une tache, ce n'est pas la tache visible qui en est la source véritable, mais une autre tache derrière elle qui la suit immédiatement et qui est invisible, parce qu'elle se trouve sur le bord. L'observation montre que telle est la disposition ordinaire. En nous fondant sur ces considérations, api'ès une longue hésitation, nous nous sommes convaincu que V éruption métallique a lieu sur les noyaux des taches, et l'éruption hydrogénée sur les facules. Cette conclusion ne doit pas être acceptée d'une manière absolue, et nous ne prétendons pas non plus que cette superposition soit invariable. Les jets métalliques sont mêlés d hvdrogène et projetés comme des arcs paraboliques, et alors il est difficile de saisir quel est vraiment le point de sortie et celui où ils vont se déposer.

Tels sont les rapports que l'observation révèle entre les deux grands phénomènes de la physique solaire : les taches et les éruptions: mais on peut ici se poser une question.

Nous avons souvent parlé d'érujjtions, de jets lancés verticalement, etc., mais ne se pourrait-il pas que ces masses, au lieu d'être lancées de bas en haut, fussent aspirées d'en haut? En d'autres termes, on peut se demander si les protubérances ne sont pas produites par voie d'aspiration, par des tromlies formées dans l'atmosphère qui existe au-dessus de la

roiiclio rose; ou bien si elles sont dues à une poussée, à de véritables explosions, à des forées agissant dans l'inlérieur du elobe solaire et laneant au dehors des masses in( andescentes plus ou moins eonsidérables. Celte question touche à une théorie délicate qui nous paraît j)eu probable, mais elle semble au fond assez indifférente pour ce qui regarde le fait fondamental qui nous prouve que la matière monte. Mém(î dans le cas d'une aspiration, les vapeurs métalliques sont «ertainemenL soulevées au-dessus du niveau général ; les faits que nous venons de signaler sont parfaitement certains, et nous procéderons plus sûrement en tirant de ces faits les conclusions qui en découlent avec évidence, afin d'en former ime base rationnelle pour l'explication des taches.

§ II. — Théorie des taches solaires.

Nous sommes maintenant en état d'exposer nos idées sur la constitution des taches solaires.

Tant que l'observation des taches est restée limitée à l'examen des no\ aux et des pénombres, la question n'a fait que peu ou point de progrès : c'était comme si l'on a\ ait étudié une fabrique en n'examinant que sonplan sans connaître son élévation.

On pouvait bien examiner les changements de forme , la distrdjution, les périodes d'activité et de calme, etc.; mais, étant toujours dans la plus grande ignorance sur tout ce qui se passait au-dessus d'elles, on restait sans renseignements sur leur origine et leur mode de formation. .Si l'on risquait une explication, elle était purement hvpothétique; ce n'était jamais ce que doit être une théorie physique, l'expression d'un fait bien constaté. Le spectroscope nous ayant révélé

l'existence des éruptions métalliques et le fait matériel de leur coexistence avec les taches, nous trouvons là un point d'appui solide, et la question se trouve actuellement ramenée à relier entre eux deux faits parfaitement incontestables l'un et l'autre, et à mettre en évidence les liens intimes qui les unissent.

La conviction à laquelle nous sommes arrivé après cette longue série d'études est celle-ci : La tache est formée par la matière même que l'éruption projette sur le disque solaire; la région obscure est due à V absorption exercée par les vapeurs qui sont sorties du sein du corps solaire et sont interposées entre V observateur et la photosphère .

Pour prouver cette thèse, nous ferons d'abord observer que, comme l'éruption se voit sur le bord, ainsi elle doit naturellement continuer quelque temps après, même lorsque la rotation du Soleil a porté sur le disque les points qui étaient sur le bord. La permanence de l'éruption est constatée par le fait que les raies lumineuses partent souvent des novaux et vont rejoindre celles qui brillent hors du limbe lui-même.

Cette masse ainsi projetée se trouve alors placée entre la photosphère et l'observateur, et elle doit exercer une absor[)tion élective selon la nature des gaz. Or de cette absorption nous trouvons une preuve évidente dans cette remarque, que nous a\ ons eu souvent l'occasion de faire, que les mêmes raies qui sont brillantes dans les protubérances sont aussi celles qui deviennent plus sombres et plus larges dans les taches. C'est donc la même substance qui agit dans les deux circonstances; seulement, dans le premier cas, nous voyons le spectre direct, tandis que dans le second nous observons le même spectre renversé par l'absorption. C'est ainsi que les mêmes métaux, sodium, magnésium, calcium, fer, etc., qu'on observe plus habituellement dans les protubérances éruptives, sont aussi

ceux qui produisent à l'intérieur des taches la dilatation des raies noires (ro/r le Chapitre ])récédent, pages 93 et suivantes).

Ce point une fois admis , il est très-facile de concevoir comment une éruption peut donner naissance à une tache. La matière soulevée au-dessus du niveau général, par une cause ou par une autre, ravonne directement vers nous tant qu'elle est sur le bord oriental en dehors du disque et qu'elle se projette pour nous sur le ciel : c'est alors une protubérance. Mais la rotation solaire la déplace et l'amène en un point où elle s'interpose entre la photosphère et l'œil de l'observateur-, elle doit alors absorber les radiations photosphériques, donner naissance à des raies obscures et diminuer l'éclat visible de la partie du Soleil sur laquelle elle se projette : c'est une tache; elle doit produire pour le sodium, par exemple, l'effet qu on observe quand on brûle du sodium devant la fente du spectroscope dirigé sur le Soleil : les raies du métal paraissent diffuses et élargies sur le disque solaire. Comme la masse éruptive renferme un gi'and nombre de substances, elle doit absorber non-seulement les raies métalliques, mais aussi des rayons dans toutes les parties du spectre, et c'est ce qu'on reconnaît dans l'observation spectrale en voyant le champ de l'instrument devenir plus sombre dans la région correspondante.

Ainsi donc cette particularité fondamentale qui relie le phénomène des taches à celui des éruptions est parfaitement certaine, et elle est absolument indépendante des hypothèses que l'on émet'i*ra pour expliquer le soulèvement des masses éruptives. Telle est la partie essentielle de la théorie que nous voulons présenter ; il ne reste plus qu'à rendre compte d'un certain nombre de détails que nous allons exposer aussi brièvement que possible, et, pour plus de clarté, nous donnerons les explications sous forme de questions et de réponses.

T. Comment se fait-il que les taches ne sont pas toujours

accompagnées d'éruptions? L'observation directe nous avait déjà appris, indépendamment de l'analyse spectrale, que chaque tache traverse dans son existence deux périodes bien nettement tranchées : la première est celle de la formation, où l'agitation est à son comble ; la seconde est une période de tranquilUté et d'épuisement où les mouvements sont beaucoup moins violents. Cette seconde phase est surtout caractérisée par la figure ronde et l'aspect cratériforme que présente la tache.

Cette remarque rend facile la réponse à la question que nous venons de poser. Si une tache se présente au bord du disque pendant qu'elle est encore dans la période de formation et d'agitation, on devra constater l'existence de masses éruptives, tandis qu'il n'y aura rien de semblable si elle y arrive dans la seconde phase (n^'R' du paragraphe i)récédent),

]Mais nous pouvons compléter cette explication en entrant dans des détails plus circonstanciés. Dans les bouleversements solaires, comme dans les phénomènes que présentent nos volcans, après la première période de grande activité, où de grandes quantités de vapeurs sont lancées dans l'atmosphère, l'éruption continue d'une manière plus calme et sans mouvements violents ; puis l'orifice se ferme progressivement et complètement. Il y a donc une première phase plus ou moins violente qui lance la matière chromosphérique au-dessus du niveau ordinaire; elle est caractérisée par des tourbillons et par des jets paraboliques. A cette éruption active succèdent des émanations paisibles et tranquilles qui produisent des flammes, des amas brillants, des cônes et des rayons. L'observation prouve que ces éruptions moins violentes se manifestent de préférence au-dessus des taches rondes : parvenues à la période de tranquillité qui précède leur disparition, elles sont encore couronnées de facules;

mais, lorsque celles-ci disparaissent, les taches, en arrivant au bord, ne présentent plus que des flammes chromosphériques à peine visibles ; quelquefois même on n'aperçoit rien qui ressemble à mu» protubérance. Enfin toute proéminence peut disparaître, car la nappe absorbante ne reste pas toujours suspendue comme un nuage dans l'atmosphère qui environne le Soleil; elle descend par son poids et s'appuie sur la couche brillante comme une masse d'huile sur Teau : la masse d'huile forme dans la couche liquide située au-dessous d'elle une cavité dans laquelle elle semble reposer comme dans un vase : il en est de même de la nappe absorbante , dont le

Fig. 209.

poids produit dans la photosphère une dépression bien marquée, une espèce de cuvette qui la limite et la contient, ainsi que cela se voit dans \^fig. 209.

IL La seconde objection est ])lus sérieuse. De ce que nous venons de dire, il semble résulter que les taches devraient toujours être, comme les brouillards et les nuages, plus denses au centre et diffuses sur les bords : c'est ce que disait Galilée; or c'est précisément le contraire qui a lieu, car la ligne de séparation entre le novau et la pénombre est parfaitement tranchée, ainsi que celle qui limite extérieurement la pénombre. Cette objection nous parait facile à réfuter; mais avant tout il est nécessaire de préciser les faits.

Nous avons déjà fait observer (t. I, p. 289) que, si la limite entre le noyau et les courants qui envahissent l'intérieur de la tache est très-tranchée, il n'en est pas tout à fait ainsi de la limite entre la pénombre et la photosphère. Le spec-

troscope nous montrait les raies sur ces lâches efïilées près du bord de la pénombre extérieure; et, à mesure qu'on emploie de plus forts grossissements, cette limite devient toujours moins tranchée. La photographie est venue enfm confirmer cette remarcpie. Nous pouvons reproduire ici ^Jig- 210) la photographie d'une tache qui nous a été envoyée par M. Capello, de Lisbonne (23 avril 18-2, à to''5'").

Fi[î. 210.

A son Ijord extérieur, la tache est donc tout juste aussi tranchée que peut l'élre une masse de ^a])eurs ou un nuage. Voici maintenant comment on j^eut se rendre raison de sa constitution intérieure.

INous savons que les taches, qui sont irrégulières à la première époque de leiu' existence, se transforment progressivement ; leurs noyaux sont souvent multiples, déchiquetés, de forme polygonale; ils se régularisent ])cu à jieu et finissent