CHAPITRE II

LE RAYONNEMENT ET LA TEMPÉRATURE DU SOLEIL

La constante solaire et ses variations ,

Définition de la constante solaire. — I,es nombres que

nous avons donnés tout à l’heure se rapportent

flux lumineux que nous envoie le Soleil, et mesurent en | quelque sorte son efficacité comme source de lumière. Mais le Soleil ne sert pas uniquement à à nous éclairer,

Fe et l'énergie rayonnante qu'il envoie sur la Terre + joue un rôle beaucoup plus important : c’est cette

énergie qui, se transformant finalement en chaleur,

maintient la température de notre globe à une valeur:

compatible avec l’existence de la vie ; c’est elle

assure la circulation de l'air dans l'atmosphère, p

les différences de température qu’elle y crée, et circulation de l’eau à la surface de la Terre,

l’évaporation des eaux océaniques qu’elle provoque c’est encore elle qui, par la réaction chlorophylienn

permet la végétation actuelle, et a permis les végé: tations anciennes qui ont accumulé les réserves de = houille que nous Fe mo aujourd’ hui.

intensité qui règle les climats des diverses régions de notre globe et y permet le développement de la vie sous toutes ses formes. L'importance des effets des diverses radiations qui le composent n’est d’ailleurs en aucune façon proportionnelle à l'impression lumineüse qu'elles produisent sur l’œil : en particulier, il n'est pas possible de ne pas tenir compte dans l'étude de ses divers effets des radiations infra-rouges et ultra-violettes qu'il contient, bien que l'œil n’y soit pas sensible.

Le rayonnement solaire doit donc être mesuré par l'énergie qu’il apporte, énergie qu’on a l'habitude d’évaluer en unités calorifiques. I1 faut d’ailleurs évaluer cette énergie non pas sur le sol, mais à la limite supérieure de l’atmosphère : on peut en effet considérer que toute l'énergie rayonnante qui atteint notre atmosphère, sauf la fraction qui en est renvoyée par diffusion ou réflexion vers les espaces interplanétaires (1), est finalement, après un cycle de dégradations plus ou moins complexe, transformée en énergie calorifique pour l'entretien de la chaleur terrestre.

On est ainsi conduit à la définition suivante de la quantité qu'on appelle la « constante solaire ». La constante solaire est la quantité d'énergie, évaluée en petites calories, reçue du Soleil par minute par un centimètre carré de la surface terrestre exposé normalement au rayonnement solaire ; l'évaluation doit être faite en comprenant l’ensemble du rayonnement, y compris les radiations invisibles et les radiations absorbées dans la traversée de l'atmosphère.

Calorimètres pour la mesure de la constante solaire. — Les premières mesures de la constante solaire ont été

(zx) Cette fraction renvoyée n’est pas négligeable, puisqu’on >

l’évalue pour les radiations visibles à 45 pour 100 (albedo de la Terre).

LE RAYONNEMENT ET LA TEMPÉRATURE DU SOLEIL RE j »

- faites en 1838 par Pouillet. Son actinomètre est constitué simplement par une boîte plate d'argent à parois - minces remplie d’eau ; l’une de ses faces, plane et de : - surface connue, est noircie au noir de fumée ; on . l’expose normalement au rayonnement solaire, et l’on suit l'élévation de température de l’eau à l’aide d’un thermomètre plongeant dans cette eau. Il est facile, connaïssant la masse d’eau, de déduire de cette élévation de température la quantité de chaleur qu’elle a reçue ; en divisant par le temps exprimé en minutes et par la surface d'exposition exprimée en centimètres carrés, on obtient la constante solaire.

Un appareil plus perfectionné est le pyrrhéliomèire . à courant d’eau construit par Abbot en 1910 (fig. 2). Le faisceau solaire, limité par des diaphragmes Bt e, pénètre dans une boîte cylindrique creuse à fond coni-

que À, dont les parois sont noircies intérieurement ; un support convenable permet d'orienter la surface S

du diaphragme C normalement aux rayons solaires.

La boîte est à doubles parois, et entre les deux parois

circule, suivant un trajet hélicoïdal, un courant d’eau,

» quientre en E et sort en F. La chaleur apportée par le faisceau solaire sert à échauffer cette eau; deux

- spirales de platine D, D., intercalées dans les deux … branches d’un pont de Wheatstone, forment un

thermomètre à résistance différentiel très sensible :

permettant de mesurer avec précision une élévation . de température À # même très faible. On mesure d'autre part le débit du courant d’eau : s’il passe M grammes d’eau par minute, la quantité de chaleur reçue par minute est M Aé et la constante solaire est MA4/S. La forme creuse des surfaces réceptrices assure une

absorption complète du faisceau solaire, et d’autre part

la petitesse de l'élévation de température 4 rend très faibles les pertes de chaleur, qu’on réduit encore en plaçant l'appareil dans un vase de Dewar KK.

L/exécution d’une mesure avec le pyrrhéliomètre à courant d’eau est une opération longue et délicate, et l'appareil ne peut guère être considéré que comme un appareil de contrôle, utilisé pour étalonner des appareils de mesures relatives d'emploi plus commode. En fait, la plupart des mesures d’Abbot et de ses collaborateurs (pages 27 à 33) ont été faites avec un appareil, le pyrrhéliomèlre à disque d'argent, très semblable dans son principe et son mode d'emploi à l’actinomètre de Pouillet. Le calorimètre y est un simple disque d'argent creux, noirci sur sa face antérieure, et contenant dans sa cavité le réservoir d'un thermomètre ; on y a seulement pris la précaution de placer le disque au centre d’une chambre en laiton noirci, protégée elle-même des variations de température et des courants d’air par une boîte en bois, et munie, pour permettre l'entrée du faisceau solaire, d’un tube cylindrique portant les diaphragmes qui le limitent. On assure ainsi la constance des conditions de refroidissement et des pertes de chaleur; l'appareil a une fidélité satisfaisante, et peut être étalonné une fois pour toutes pat comparaison au pyrhéliomètre à courant d’eau.

Pyrrhéliomètres à lecture directe. — Is mesures . relatives peuvent être encore plus rapides avec les

ne à ES ME dE OT EE . LE RAYONNEMENTET LA TEMPÉRATURE DU SOLEIL me

appareils du type du pyrrhéliomètre d’Angstrüm, dont.

le principe est nettement différent de celui du calori- : mètre. L’organe récepteur y a une capacité calorifique très faible et sa température s'élève très rapidement : : elle se fixe à une valeur telle que la perte par refroi-

dissement compense exactement l'apport de chaleur solaire. Ce récepteur est placé au centre d’une boule creuse, argentée et polie extérieurement, et ne possédant que l’orifice nécessaire à l’entrée du faisceau solaire :

la chaleur perdue par le récepteur est alors indépen- .

dante des conditions extérieures de température et d’agitation de l'atmosphère ; ellc ne dépend que de a

différence de température entre le récepteur et à ' À

l'enceinte, et lui est proportionnelle. Il en est de même, lorsque l'équilibre est atteint, de la quantité de chaleur apportée par seconde par le faisceau solaire, et il suffit, pour avoir des mesures relatives de la constante

solaire, de mesurer la différence de température entre le récepteur et l'enceinte, mesure qui s'effectue :

commodément à l’aide d’une pile thermo-électrique.

Dans le pyrrhéliomètre d’Angstrüm, le récepteur est constitué par une lame mince de manganine, de quelques microns d'épaisseur, collée à la gutta sur une lame mince de cuivre ; c’est sur cette lame de cuivre que sont fixées les soudures paires d’une pile thermo-électrique cuivre-constantan : l'équilibre de température et l'équilibre du cadre du galvanomètre sont atteints en un temps qui est de-l’ordre de 20 à 30 secondes. L'appareil d'Angstrôm date de 1806 : les perfectionnements apportés depuis cette époque aux piles thermo-électriques ont permis à Gorczynski de construire en 1924 un pyrrhéliomètre du même type, muni d'une pile de Moll, dans lequel l'équilibre thermique est atteint en moins de deux secondes, et dans lequel la force électromotrice à mesurer peut atteindre 40 millivolits lorsque le Soleil est au zénith;