I. — Chaleur solaire

139. Jusqu'ici c'esl surtout au point de vue tnccanitjuc que nous avons envisagé le problème cosmogonique. Xous ne nous sommes pas encore préoccupé du point de vue flier/nodynaniirjac. Nous allons aborder cette face du problème, et reclierclier l'origine de la chaleur solaire.

Cette question s'est imposée lorsque^ vers le milieu du siècle dernier, on est arrivé à se rendre compte de la quantité énorme de chaleur que le Soleil perd par an. Les dilîérentes mesures que l'on possède de la constante solaire, c'est-à-dire de la quantité d'énergie rayonnée par le Soleil, sont loin d'être d'accord; mais les nombres, tout en variant du simple au double, nous renseignent sur l'ordre de grandeur de celte quantité d'énergie. >«ous adopterons ici les chilTres de Pouillet bien qu'ils paraissent un peu trop faibles.

Un mètre carré de surface terrestre, exposé normalement aux; rayons du Soleil, reçoit de cet astre une quantité de chaleur égale à 0,3 grande calorie par seconde. En multi[)liant ce chillre par le rapport du carré de la dislance du Soleil à la Terre au carre du ravon du Soleil, on trouve que, de chaque mètre carré de suiface du Soleil, il sort par seconde 13900 grandes calories : cela représente une perte de G millions de kilogrammètres par mètre carré de surface solaire et par seconde. En multipliant le chitTre 10900 par la surface du Soleil, évaluée en mètres carrés, et par le nombre de secondes contenues dans une année, on trouve que le Soleil perd :>, 7. 10^" grandes calories par an.

Si nous supposions que le Soleil a la même chaleur spécifique cpic l'eau, il serait aisé de calculer de combien s'abaissera par an la lem-

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pcraluie du Soleil par suile de celte perle de chaleur, à .sii[)poser rpie celle clialcur ne se renouvelle pas. Il sullirail de diviser le cliiiTrc précédent •2,'.io^" par la niasse du Soleil en kilogrammes 1,9.10'" : on trouverait ainsi i°4 comme taux actuel du refroidissement annuel. Or, la température actuelle du Soleil, d'a|)rès les mesures les plus récentes, est généralement évaluée à G 000" environ. Donc, si la chaleur solaire ne se renouvelait pas par quelque procédé, nous arri\erions à cette conclusion qu'avant 6000 ans d'ici le Soleil serait gelé. Mais il faut observer que la lem[)éralure de 6000" est celle de la [)hotosphère du Soleil, et tout nous porte à croire que l'intérieur de l'astre est incomparablement plus chaud, la température augmentant rapidement avec la profondeur. La photosphère serait donc maintenue à une température voisine de 6000" par des courants de conveclion qui lui amèneraient constamment de la chaleur empruntée aux couches plus profondes et plus chaudes de façon à compenser les perles dues -au rayonnement. La chaleur rayonnée serait donc, en dernière analyse, prise à la masse solaire interne, et ce serait l'intérieur du Soleil qui verrait sa température s'abaisser.

Quoi qu'il en soit, le Soleil ne contient pas une provision de chaleur indéfinie et il perd annuellement une quantité de chaleur considérable. La [)lus grande partie de cette clialeiir se dissipe dans l'es[)ace céleste et est entièrement perdue. Ce n'est qu'une très faible portion ■de l'énergie rayonnée qui est reçue et utilisée par les planètes. Ne pourrait-on pas supposer que le rayonnement ne peut se faire qu'entre deux corps matériels ditTérents, et que, par conséquent, dans les directions où l'on ne rencontre aucune matière pondérable, il ne se produit pas de rayonnement? Dans cette hypothèse, un corps absolument seul dans l'espace ne rayonnerait pas, ne trouvant aucun autre corps avec lequel il puisse échanger son énergie. Le Soleil ne rayonnant que dans les directions des planètes ne perdrait pas beaucoup d'énergie. Cette hypothèse permettrait donc de prolonger énormément, dans le passé comme dans l'avenir, la durée d'existence du Soleil en tant que source de chaleur. Malheureusement, malgré son ingéniosité, cette hypothèse est à rejeter, car au moment où l'énergie quille le Soleil, elle ne peut évidemment lias deviner si elle rencontrera ou non une planète.

Force nous est donc d'admettre que la chaleur solaire se dissipe dans tous les sens. Puisque ce rayonnement s'est ellectué sans très

SLK l'origine de LA. CHALEUR SOLAIRE ET DE L.A CIIALEL'n TERRESTRE I ()3

grands changements pendant les temps historiques et probablement aussi pendant une très grande partie des temps géologiques, nous devons en conclure que le Soleil n'est pas simplement assimilable à im corps chaud qui se refroidit, mais que sa chaleur se renouvelle et s'entretient par un procédé quelconque. Un problème se pose donc : Quelle est l'origine de la chaleur solaire?

140. Hypolhi'se chimique. — La première idée qui se présente à l'esprit est que, dans le Soleil, la chaleur est peut-être entretenue chimiquement comme dans nos foyers. Mais c'est une hypothèse tout à fait insuflisante, car elle ne permet d'attribuer au rayonnement solaire qu'une durée fort limitée. Un kilogramme de charbon en brûlant dans l'oxygène dégage 8000 calories. On en déduit immédiatement qu'un bloc de charbon d'une masse égale à celle du Soleil, s'il dégageait par an un nombre de calories égal à 2,7. 10'^°, serait entièrement consumé en 5 600 ans. En supposant le Soleil formé par un mélange détonnant d'hydrogène et d'oxygène, ou par un bloc de coton-poudre brûlant par sa surface sans déflagrer, on trouverait un nombre d'années plus grand, mais du même ordre de grandeur, c'està-dire encore beaucoup trop petit.

L'hypothèse chimique est donc à rejeter et nous sommes amené, avec Lord Kelvin ('), à examiner si des hypothèses mécaniques ne seraient pas plus satisfaisantes.

141. Hypothèse mcléoriqiie. — D'après l'hypothèse météorique, dont la première idée remonte à Robert Maveu, la chaleur du Soleil serait entretenue incessamment par les météores qui tombent sur cet astre, la force vive de ceux-ci se transformant en clialeur. Un météore venant de l'infini sans vitesse initiale et tombant en ligne droite sur le Soleil, posséderait en arrivant à sa surface une vitesse de 62^ kilomètres par seconde. La chute d'un kilogramme de matière représente, avec celte vitesse, 2.10'° kilogrammètres (-). Or, le Soleil perd G.io'"'

(') Voir Sir William Thomson (Lord Kelvin) : Constitution de la matière (ConlV'rences scientifiques et Allocutions, traduction de P. Lugol, avec des IVoles de M. Brillouin, Gaulhier-Villars, 1898 ; p. 230-276). Sur les matières de ce Chapitre, on peut voir aussi J. Iîosler : Les Théories modernes du Soleil (Encvclopcdie scientifique, 0. Doin, 1910), Chap. III et IV.

('-) La combustion de i kilogramme de charbon ne dégage que 8000 calories

dont l'équivalent mécanique, 3/i.io'^ kilogrammètres, ne représente que du

P01NCARÉ, i3

in4 IIYPOTIIKSKS COSlIOGO:<IQL'ES

kilogrammctres par mètre carre et par seconde. Si l'on veut que la chaleur engendrée par la chute des météores compense la chaleur radiée, il faut faire tomber à la surface du Soleil o,3 gramme de matière par mètre carré et par seconde, soit i kilogramme par mètre carré et par heure. Avec la densité de l'eau, une telle pluie météorique roduirait en un an à la surface du Soleil une couche d'environ

cmètres d'épaisseur. L'augmentation qui en résulterait pour le diamètre solaire serait absolument inappréciable à nos procédés de mesure, et rien ne pourrait nous la révéler.

142. Mais il y a une autre dilTiculté. Ce bombardement météorique accroîtrait sans cesse la masse du Soleil, et une augmentation de la durée de l'année en résulterait. La troisième loi de Kepler donne en elTet

M désignant la masse du Soleil, « la vitesse angulaire de la Terre sur son orbite et a le rayon de cette orbite. D'ailleurs, la force étant toujours centrale, la constante des aires C ne varie pas ; nous avons donc

De ces deux équations nous tirons

la vitesse angulaire de révolution de la Terre varie donc comme le carré de la masse du Soleil.

Or, la pluie de o^'%3 de matière par mètre carré et par seconde

accroîtrait en un an la masse du soleil d'environ ., de sa va-

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leur. La masse du Soleil pourrait donc être représentée par l'expression