THÉORIE DES PHÉNOMÈNES COMÉTAIRES

§ 1 (Ju'eST-CE qu'une COMÈTE?

Complexitc et clcndue de la question posée. — La gravitation suffît à rendre compte des mouvements des comètes. — Les lacunes de la théorie : accélération du mouvement des comètes d'Enckc et de Paye. — L'origine des comètes ; leurs systèmes. — Questions relatives h leur constitution physique et chimique. — Forme des atmosphères ; naissance et développement des queues.

Jetons un coup d'œil eu arrière sur le contenu des chapitres qu'on vient de lire.

Voilà certes des faits accumulés en grand nombre, des observations intéressantes et instructives , des phénomènes dont les variations suscitent des réflexions à perte de vue sur les astres qui les présentent. Cependant tous ces faits permettent-ils de répondre nettement, sûrement à cette question simple :

Qu'est-ce qu'une comète?

Je dis une question simple. Cela est vrai le plus souvent dans la pensée de celui qui la fait, s'il est étranger aux sciences, et notamment à l'astronomie; mais, en réalité, il

n'est pas de question plus complexe. Pour essayer d'y ré[>ondre , de dire au moins ce qu'on croit savoir de certain sur les comètes, pour exposer les conjectures probables sur les points douteux, il faut procéder avec méthode et diviser la difficulté.

Une première division naturelle du sujet ressort, ce nous semble, de l'exposé même qui a été fait dans les chapitres précédents des phénomènes cométaires. D'un côté, il y a les mouvements des comètes, mouvements apparents ou réels, tout ce qui concei'ne les orbites qu'elles décrivent au sein de l'éther, en un mol les lois qui régissent les comètes aussi bien dans la partie qu'on pourrait appeler régulière de leur cours, que dans les vicissitudes ou perturbations qu'elles subissent de la part des corps célestes étrangers. Là, en théorie du moins, nulle difficulté, aucun nuage dans l'explication des faits, de la périodicité de certaines comètes, de la disparition de quelques-unes, de la nonréapparition des autres , des retards ou avances dé celles dont l'époque du retour peut être connue. La gravitation est le principe qui rend compte de tous les faits, de tous les mouvements; la théorie des comètes est, sous ce rapport, la même que celle des planètes, et, s'il y a encore des difficultés, des obscurités, des choses inexpliquées, ce n'est une raison de doute pour aucun astronome sérieux.

Il y a des difficultés, nous l'avons déjà vu : par exemple, on se demande pour quelle raison l'orbite de la comète d'Encke se raccourcit progressivement dans sa période. Est-ce la résistance d'un milieu, ou l'action d'une force répulsive ? Les avis sont partagés ; mais cela ne porte nullement atteinte au principe de la gravitation en raison des masses et réciproque au carré des distances.

Il y a des obscurités : ainsi de la question de l'origifle

QU'EST-CE (JUINE COMETE? :]or>

des comètes. Ces astres paraissent ne pas appartenir tous au système solaire, puisque certaines comètes se meuvent dans des hyperboles. Mais toutes sont-elles primitivement venues de Textérieur; forment-elles, ainsi que le croit M. Hœk, des groupes ou systèmes, et la conversion de leurs orbites primitives en orbites fermées est-elle due à l'action perturbatrice des masses planétaires? Ces questions ne sont pas encore résolues ; mais, quelle que soit la réponse que la science y fera un jour, il est clair qu'elles ne toucheront en rien, de Taveu de tous les astronomes, ni à la cause des mouvements ni à leurs lois.

Enfin, il y a des choses inexpliquées, comme la nonréapparition de la comète de 300 ans, celle de 1264- 1556, et comme F impossibilité de revoir quelques-unes des comètes à courtes périodes ; comme enfin le partage de la comète de Biela en deux comètes distinctes.

Mais ce dernier phénomène, d'ailleurs si curieux, tient peut-èti'e à autre chose qu'à une influence étrangère, et, dans ce cas, il se rattacherait à la seconde catégorie des problèmes contenus dans Ténoncé de la question posée plus haut : «Qu'est-ce qu'une comète? »

La masse, la densité , l'état physique du noyau lumineux, de l'atmosphère qui l'enveloppe, des effluves qui. s'en échappent qimnd la comète approche du Soleil; les variations de forme et de volume du noyau et de la nébulosité ; toutes ces transformations singulières que le télescope révèle, notamment la naissance, le développement et la disparition des queues : voilà autant de points sur lesquels les données ne manquent pas sans doute — les chapitres qui précèdent en font foi — mais qu'il est difficile de coordonner en un ensemble logique , de ramener à un principe unique dont toutes les observations pourraient être déduites comme autant de conséquences particulières. 11 y a là Tindice d'une

:m LES COMÈTES

constitution spéciale, comme le fait justement remarquer un de nos savants compatriotes, M. Edouard Roche, auteur de recherches d'un haut intérêt que nous analyserons tout à Theure. Voici du reste comment M. Roche pose la question à résoudre :

ce Ce qui caractérise les comcMes, dit-il, plus encore ((no la forme et la position de leurs orbites, ce sont les changements qu'elles subissent pendant la durée de leur apparition, et qui se succèdent quelquefois avec une étonnante rapidité. Ces changements dénotent une constitution physique toute spéciale a ces astres, et qui les distingue essentiellement des autres corps célestes. Tandis que le centre de gravité de la comète déciit sa trajectoire autour du Soleil, sous l'influence de la gravitation solaire et de Faction perturbatrice des planètes dont elle vient à s'aj)procher, la comète elle-même éprouve, dans sa figure et ses dimensions apparentes, des modifications profondes dans lesquelles on ne saurait méconnaître Faction du Soleil; car c'est surtout dans le voisinage du périhélie qu'elles se développent sur la plus grande échelle. »

M. Roche divise les phénomènes dont il s'agit en deux sortes : les uns relatifs à la queue, à son apparition, à ses formes variées, à son éclat et à son étendue; les autres aux variations de forme ou d'intensité lumineuse des diverses parties composant la tête de la comète. Ceux-ci, nous l'avons vu, sont des phénomènes d'observation plus récente, tandis que la formation des queues avait été remarquée depuis longtemps. Aussi est-ce sur l'explication de ces queues, considérées comme l'élément différentiel ou caractéristique principal des comètes, que les astronomes ont commencé par porter tous leurs efforts. Les hypothèses qui sont nées de ces tentatives sont nombreuses; mais 43lles peuvent

!lVl»OTl»ÈSE l)K CAUDAN :j07

se réduire h quatre principales, que nous allons étudier successivement.

15 II — Hypothèse de Cardan

Les (|ucue$ coinétnircs cousidérces comme des elTcts de l'érraction optique. — Objections de Newton et de Greçory. — Théorie nouvelle de Gergonne ; idées de Saigey sur les queues planétaires. — Diriicultcs et lacunes de celte théorie.

Panétius, un philosophe de l'antiquité, croyait que les comètes n'existent pas réellement, que ce sont de fausses apparences. « Ce sont, dit-il, des images formées par la réflexion, dans l'étendue des cieux, des rayons du Soleil. » Pour Cardan et quelques astronomes ou physiciens, Apien, Tycho-Brahé dans la Renaissance, Gergonne, Saigey de nos joui's, les queues des comètes sont des apparences oj)tiques.

Voici le passage de l'ouvrage de Cardan [De Subtilitate) relatif à cette question : « Il est donc évident qu'une comète est un globe situé dans le ciel, rendu visible par Fillumination du Soleil; les rayons lumineux qui le traversent produisent le simulacre d'une barbe ou d'une queue *. » Aucun détail, du reste, sur le mode de production de ces apparences qui, dans la pensée du médecin milanais, étaient sans doute analogues aux effets de réfraction que détermine la convergence des rayons lumineux traversant soit un ,verre lenticulaire, soit la boule pleine d'eau dont se servaient jadis certains artisans pour concentrer la lumière sur leur ouvrage.

« Mais, comme Newton et Gregory l'ont fait remarquer,

1. « Uuo fit ut clarè pateat comctem globum esse in cœlo constitutiim, qui a Sole illuminaius vidctur, et duin radii Iranseunt, barbu' aut caudni effigiciii formant. » (/> Subtilitate, lib. IV, 118, édition de 1556.)

ohjocte jiistemeiil M. Hodie, la lumière n'est visible qif autant qu'elle parvient à Tœil; il faudrait donc que les rayons solaires, rélractés par la tête de la comète et rassemblés derrière en un faisceau convergent, fussent renvoyés vers la Terre par des corpuscules matériels. Ainsi l'on voit quelquefois, le Soleil étant près de Thorizon et caché par des nuages, ses rayons, réfléchis par les particules d'air ou de vapeur, se dessiner nettement sur le ciel sous forme de jets lumineux. »

L'idée fondamentale sur laquelle repose cette explicati(m a été reprise et modifiée plusieurs fois, depuis Cardan dont elle a retenu le non). Nous nous bornerons à mentionner dans cet ordre d'idées un mémoire de Gergonne intitulé : Essai analytique sur la nature des queues des comètes. L'origine du phénomène y est considérée comme purement optique; les queues ne seraient qu'une apparence due à la portion la plus éclairée de l'atmosphère cométaii'e, ou plus exactement à la surface caustique enveloppe des rayons solaires qui se sont réfractés en traversant le noyau ou les couches environnantes. Ces rayons deviennent visibles en se réfléchissant sur les particules qui composent l'atmosphère de la comète. Mais il faudrait, dans cette théorie, que l'atmosphère eût un rayon au moins égal à la longueur de la queue ; et cela seul constitue une objection a peu près insurmontable, que d'ailleurs l'auteiu' ne se dissinnde pas. » N'oublions pas en effet que certaines comètes ont eu des queues dont la longueur s'élevait à plusieurs dizaines de millions de lieues. L'atmosphère des comètes étant nécessairement beaucoup plus restreinte, il faudrait supposer que la réflexion a lieu sur les particules d'un milieu interplanétaire , indépendant des comètes et s'étendant à des distances de beaucoiq) supérieures aux limites de la lumière zodiacale. Saigey, dans sa Phi/sique du (jlobe , admet cette explication des

riYPOTIlftSK DE CARDAN 30Î)

queues des comètes, et, selon lui, les planètes ont aussi des queues virtuelles^ qui doviendraiont réelles c< si les espaces planétaires étaient remplis d'une manière analogue à celle qui accompagne ces derniers astres ». Par cette dernière ligne, Saigey se prononce évidemment pour l'extension indéfinie des atmosphères cométaires et l'objection faite plus haut subsiste dans toute sa force. Quant aux formes des queues, à leur courbure, à leur multiplicité, à leurs oscillations, il les explique, la courbure par un effet d'aberration du à la vitesse non infinie de propagation de la lumière *, la multiplicité par l'irrégularité de forme du noyau, les oscillations par un mouvement de i^otation qui ramène les irrégularités à des périodes régulières.

Dans ce système, aujourd'hui à i)eu près abandonné, il paraît difficile de rendre compte des particularités que nous avons décrites en détail et dont le télescope fournit l'aspect variable d'heure en heure : le développement des aigi*ettes lumineuses en avant du noyau, celui des enveloppes, ainsi que le refoulement latéral de la matière lumineuse qui forme les bords de la queue. 11 n'est pas moins difficile enfin d'expliquer la formation des queues qu'on a vues quelquefois se projeter du côté du Soleil même, à moins que, tout en assimilant les comètes à des globes diaphanes et réfringents, on leur fasse en même teinps jouer le rôle de miroirs concaves.

Xous avons vu que l'observation d'occultations d'étoiles par les atmosplières cométaires n'a pas permis de constater un pouvoir de réfringence quelconque dans les nébulosités

1. Parlant de la queue de la Terre, il dit : « L'axe de la gerbe lumineuse doit avoir nialhémaliquemcnt la forme d'une spirale d'Archimède, dont le cercle générateur est 6/j 000 fois plus grand que l'orbilc terrestre ; tellement que la portion la plus brillante de cette gerbe est légèrement cour!)'''C ofi arriére du mouvement de translation de la Terre. »

Mi) LES COMÈTES

do In tète : ee serait donc la réfraction dans le novaii seul qui pourrait donner lieu à la formation des caustiques produisant pour nous, à distance, Tillusion des queues. Kii voilà assez d'ailleurs sur une hypothèse qui a peu de chance de se relever du discrédit où elle est tomhée.

S III — Théorie de l'impulsion des hayons solaires 1^

Idées (le Kepler sur la formalion des queues. — iinlilée, Ilooke et Euler. — L'hypothèse de Kepler formulée par Laplace. — D'où \ient rinipulsion dans la théorie dc« ondulations ?

Kepler, qui un instant se laissa séduire par Ti^lée de Cardan*. Tabandonna hi<»ntot. Il v substitua celle de Tactiou «les rayons solaires. Les queues coniétaires ont un corps, dans ce système; elles sont formées de matériaux eniprunti'»s à la comète, à son noyau ou du moins h sa nélmlosité. <• Le Soleil, dit Kepler, fra})pe la masse sjdiérique de Tastre par des rayons directs qui pénètrent sa substan(*e, entrahieiit avec eux une partie de cette matière et sortent pour former au delà cette trace de lumière que nous appelons queue (k la comète. Cette action des rayons solaires raréfie les particules qui composent le corps de la comète : elle les chasse, elle les dissipe. »

Ilooke, un contemporain de Newton, pour expliquer l'ascension des matières légères et ténues qui, émanées du noyau, vont former la queue, en refluant en arrière k 1 o]hposite du Soleil, admet que» ces matières légt*res ne sont pas pesantes; il oppose leur lévitation à la (j)ynntation : elles

1. Il paraît que Galilée fut aussi partisan de la nii}me théorie. « On trouve, dit Arago, dans un ouvrage inliluK* // Trutinatore, que Galilée lui donna son approbation. »

IMPlJf.SION DKS HAYONS SOLAÏIIRS M I

tendent, selon lui, a fuir le Soleil. C'est admettre une force répulsive, sans dire où en est le siège.

L'opinion de Kepler a été complétée, étendue, modifiée. Admise par Euler, puis par Laplace, on peut la considérer comme le point de départ de la théorie soutenue par plusieurs astronomes contemporains, notamment par M. Faye, théorie d'après laquelle les rayons solaires exercent à distance une action répulsive ; nous lui consacrerons dans sa forme actuelle un paragraphe spécial. En attendant, voici comment Laplace formulait cette hypothèse dans XExposi^ tion du système du monde :

c< Les queues que les comètes traînent après elles paraissent .être composées des molécules les plus volatiles que la chaleur du Soleil élève de leurs surfaces, et que l'impulsion de ses rayons en éloigne indéfiniment. Cela résulte de la direction de ces traînées de vapeurs, toujours situées an delà de la tète des comètes relativement au Soleil, et qui, croissant à mesure que ces astres s'en approchent, n'atteignent leur 77iaximiim qu'après le passage au périhélie. L'extrême ténuité des molécules augmentant le rapport des surfaces aux masses, l'impulsion des rayons solaires peut devenir sensible, et faire même alors décrire h peu près à chaque molécule un orbe hyperbolique, le Soleil étant au foyer de l'hyperbole conjuguée correspondante. La suite des molécules mues sur ces courbes depuis la tête de la comète forme une traînée lumineuse o})posée au Soleil et un peu inclinée au coté que la comète abandonne en avançant dans son orbite; c'est en effet ce que l'observation nous montre. La promptitude avec laquelle ces queues s'accroissent peut faire juger de la rapidité d'ascension de leurs molécules. On conçoit que les différences de volatilité, de grosseur et de densité des molécules doivent en produire de considérables dans les (*ourbes qu'elles décrivent ; ce qui apporte de gi*an-

:m LES COMÈTES

(les variétés dans la forme, la longueur et la largeur des queues des comètes. Si Ton combine ces effets avec ceux qui peuvent résulter d'im mouvement de rotation dans ces astres, et avec les illusions de la parallaxe annuelle, on entrevoit la raison des singuliers phénomènes que leurs nébulosités et leurs queues nous présentent. »

Cette hypothèse, comme on le voit, admet deux modes (Faction des radiations du Soleil. La première, que Kepler indique vaguement, est un effet de dilatation dû a l'activité calorifique des rayons solaires, effet précédé sans doute luimême d'une évaporation dans les parties liquides de la surface du noyau. La nébidosité devient ainsi plus volumineuse, les couches qui la forment de plus en plus légères. Jusque-là, aucune difficulté : les effets physiques connus de la chaleur rendent compte de celte partie de la théorie. Où commence la difficulté, c'est quand il faut admettre que les mêmes rayons, qui ont agi comme l'ayons calorifiques, sont doués d'une autre propriété jusqu'ici inconnue : celle do déterminer un mouvement en avant, ou de propulsion, des molécules réduites à un état de ténuité convenable. Lne telle force existe-t-elle?

Pour Laplace, qui, à l'époque où il écrivait, était en droit d'adopter la théorie de l'émission, cette force répulsive était toute naturelle : les molécules lumineuses émanées du Soleil, se mouvant avec une énorme vitesse, communiquaient une partie de leur force vive aux molécules émanées de la comète , à celles que l'action de la chaleur avait préalablement réduites à une ténuité suffisamment petite. De là la formation de la queue. Mais cette force répulsive se conçoit moins dans la théorie des ondes, aujourd'hui partout adoptée. Les ondulations se propagent bien avec une énorme vitesse au s jin de Téthcr,

THKOniK DE I.A ftKPlJLSION APPARENTE 'MW

mais sans qu'il y ait aucun phénomène de transport *. On ne voit pas bien quelle composante de la force donnant naissance aux ondes successives peut engendrer ce mouvement en ligne droite des molécules de Tatmosphère comé • taire. De plus, avant d'admettre l'existence de cette force répulsive réelle, il faudrait tacher de la démontrer par l'expérience. Arago, en citant les expériences de Homberg, leur oppose les vérifications négatives de Bennett, et conclut ainsi : « L'idée fondamentale de l'impulsion due aux rayons solaires n'est donc qu'une hypothèse sans valeur réelle. » Toutefois la questicm n'est pas tranchée, nous le verrons bientôt.

§ IV FFïPOTHfeSE DE LA RÉPULSION APPARENTE

Idées de Newton sur la forinathin dos queues des comètes. — Action de la chaleur, et raréfaction de la matière cométaire. — l.c milieu étbéré, perdant de sa pesanteur spécifique, s'clcvc à l'oppose du Soleil et entraîne avec lui la matière des queues. — Objections Taitci à Thypothèse d'un milieu résistant et pesant.

Newton, pour rendre compte de la formation des queues des fométes, ne suppose pas d'autres causes que l'action ordinaire des rayons calorifiques d'une part, et, d'autre part,

1. M. Roche cite la comparaison suivante due à Eulcr et par laquelle ce grand géomètre, partisan du système des ondes lumineuses Justifle son adhésion à rhypothèse de l'impulsion des rayons solaires :

u Comme un son véhément excite non-seulement un mouvement vibratoire dans les particules de Tair, mais qu'on observe encore un mouvement réel dans les petites poussières très-légères qui voltigent dans Tair, de même on ne saurait douter que le mouvement vibratoire causé par la lumière ne produise un semblable effet. »

Celte comparaison très-vague n'est pas concluante. Les ondes sonores ont une amplitude assez grande pour causer des agitations visibles ; mais ce qu'il faudrait constater, c'est un mouvement progressif en ligne droite et non des oscillations.

;ni LES COMÈTES

que celle de la fçi'avitation. Mais s'il n'imagine aucune forée nouvelle, il est obligé de supposer que la comète, pendant tout le temps que se développe la queue, traverse uu milieu soumis à la gravité et tendant vers le Soleil. Voici, du reste, comment Tillustre géomètre expose sa manière de voir :

11 pense que « cette queue est composée des vapeui's, c'est-à-dire <les parties les jilus légères de l'atmosphèn^ dos comètes. Ces vapeurs se raréfient par l'action de la dialeur solaire; elles échaufient à leur tour la mcitièro étliérée environnante. Ainsi le milieu qui entoure la comète est raréfié ; il perd dès lors de sa pesanteur spécifique, et, au lieu de tendre avec la même énergie vers le Soleil , il va s'élever comme s'élèvent, en vertu du principe d'Arcliimède, les couches d'air échauffé à la surface du sol. En s'élevant, il entraînera avec lui les particules cométaires, dont l'ascension produira ainsi la queue rendue visible par la réflexion de la lumière émanée du Soleil. C'est ainsi, dit-il, (jue la fumée monte dans une cheminée par l'impulsion de l'air où elle est snspendue : cet air est raréfié parla chaleur; il monte parce que sa gravité ou son poids spécifique est devenu moindre, et il entraîne dans son ascension des colonnes de fumée. L'ascension des vapeurs cométaires résulte encore de ce qu'elles tournent autour du Soleil , et, par là, tendent à s'en écarter. L'atmosphère dn Soleil, matière du ciel, est en repos ou tourne plus lentement, avant reçu son mouvement de la rotation du Soleil. Telles sont les causes de l'ascension des queues au voisinage du Soleil , où les orbes sont plus courbes et les oomètes plongées dans une atmosphère plus dense et par cela même plus pesante, et elles y émettent les queues les plus longues. »

Cette théorie, ([ui avait été d'abord vaguement formulée

TIIKOIUE l)K LA RÉPULSION APPAHKNTK :i\o

par Riccioli, puis par H. Hooke (celui-ci, nous Tavons vu plus haut, s'est plus nettement prononcé pour une force répulsive), fut adoptée par divers astronomes du xvnf siècle, le P. Boscowitch, D. Gregory, Pingre, Delambre, Lalande. A la vérité, Gregory ne se contcîute point de la cause donnée par Newton à l'ascension des queues ; il croit aussi a une activité propre des rayons solaires, à une impulsion effective qui s'ajoute à la force répulsive ap}>arente, et son svstéme se trouve être une combinaison des deux systèmes que nous venons d'exposer.

On a fait a la théorie de Newton diverses objections sérieuses. L'existence d'un milieu résistant et gravitant vers le Soleil, d'une atmosphère solaire, en un mot, est nécessairement limitée à une certaine distance du foyer de notre monde. Laplace a prouvé que, pour subsister, cette atmosphère doit être animée d'un mouvement de circulation, et qu'elle a pour limite la distance où la force centrifuge née de ce mouvement devient égale à la gravité. Dans le plan de Téquateur solaire, cette limite est les 17 centièmes de la moyenne distance de la Terre : elle correspond au rayoji de l'orbite d'une planète dont la révolution, égale en durée à la rotation solaire, s'effectuerait en vingt-cin([ jours et demi. Or les comètes , bien avant d'atteindre une telle proximité du Soleil, sont pourvues de queues; on en a vu de considérables à des comètes dont la distance périhélie dépassait môme le rayon de l'orbite terrestre, rayon qui est à peu près six fois aussi gi^andque la distance limite.

D'ailleurs, ce milieu pesant serait aussi un milieu résistant. Outre l'action perturbatrice que cette résistance exercerait sur la tête de la comète et sur l'orbite de l'astre, ii agirait d'une façon beaucoup plus intense sur les queues en raison de leur rareté même. Avant le passage au périhélie, dans la première partie du mouvement, la cour-

bure et le refoulement <\q la queue en arrière s'expliquerait assez naturellement par cette résistance ; mais, après le passage au périhélie, la queue continue à affecter la même position , relativement au rayon vecteur qui joint le noyau au Soleil, de* sorte que l'astre semble mouvoir sa queue en avant de son propre mouvement, phénomène incom^ patible avec l'hypothèse d'un milieu résistant. On a aussi assimilé le milieu dont nous parlons à la lumière zodiacale; et Mairan, qui expliquait ainsi les aurores boréales terrestres, voyait encore dans cette lumière la cause ou l'origine de la production des queues des comètes. Mais les objections précédentes, et d'autres en outre qu'il serait trop long de développer, ont été justement opposées a cette nouvelle hypothèse.

§ V — Théorie d'Olbers et de Bessel

llypollièsc d'une action électrique ou mignélique, pour la formalion des queues. — Actions répulsives du Soleil sur la matière comctaire, et du nnyau sur U nébulosité. — Idées de sir J. Ilerschel et de M. Liais. — Théorie de Bessel. — Ofcillalions des secteurs lumineux. — Force polaire magnétique.

Que la cause qui détermine la production des queues comélaires et leur développement, si immense à la fois et si rapide, soit une force sui generis ou une force apparente, il n'en est pas moins wox qu'elle a tous les caractères d'une action ou d'une force répulsive. La chaleur, l'impulsion des rayons solaires, la gravité, ont été diversement combinées pour cette explication : on devait évidemment chercher a faire intervenir la force électrique ou magnétique.

Olbers, J. Herschel, Bessel, ont tour k tour abordé le

ÏHÉOUIE ÉLKCTIUQUE OU MAGNÉTIQUE :]17

problème de ce point de vue. Analysons rapidement les opinions de ces illi|stres astronomes.

C'est la comète de 1811 qui provoqua les méditations d'Olbers. « Cet astronome, dit M. Roche, attribue à la proximité de la comète et du Soleil un développement d'éloxtricité chez Tun et Tautre de ces astres; de là une action répulsive du Soleil, et une autre aciion répulsive de la comète sur la nébulosité qui Tentoure. » Par la première de ces forces, Olbers expliquait la formation et le développement des queues ; par la seconde , il rendait compte de la formation des secteurs lumineux ou aigrettes de la comète , et aussi de celle des envelo2)pes successives semblables aux enveloppes de la comète de Donati. Biot a donné son adhésion à cette théorie.

L'idée de J. Herschel est à peu près la même : « Il n*est pas improbable , dit-il , que le Soleil soit sans cesse chargé d'électricité positive ; quand la comète s'en approche et que sa substance se vaporise, la séparation des deux électricités s'opère, le noyau devenant négatif et la queue positive. Dès lors, l'électricité du Soleil dirigera le mouvement de la queue, comme un corps électrisé agit sur un corps nonconducteur électrisé par influence \ »

1. Dans SCS Chiilines of astronomy, sir J. Herschel est moins explicite sur la nature physique de la force qui produit les queues, il ne nomme pas Vélectricité; mais en cherchant à résumer les phénomènes si curieux dont la tOte et la queue de la comète de Halley avaient été le siège pendant son apparition en 1835, il lui semble impossible de ne pas en tirer les conclusions suivantes, intéressantes à reproduire en ce chapitre :

« i^ Que la matière du noyau d'une comète est puissamment excitée et dilatée dans un état vaporeux par Faction des rayons solaires, s*échappant en courants et en jets sur tous les points de sa surface qui opposent la moindre résistance, et, selon toute probabilité, entraînant la surface et le noyau luimême dans des mouvements irréguliers, par la réaction due à ce mouvement de projection, et de la sorte altérant sa direction ;

2" Que ces phénomènes ont lieu surtout dans la portion du noyau qui est tournée du côté du Soleil ; la vapeur s'échappant surtout dans cette direction ;

S° Que la vapeur émise de la sorte est détournée de la direction qui lui

M. Liais, daùs sou ouvrage V Espace céleste y se prououce pour Texisteuce d'une force répulsive de uature électrique. D'après lui, l'actioo calorifique des rayons solaires modifie l'état luoléculaire physique et chimique du noyau et fait naître ainsi les deux électricités. Tandis (|ue le noyau se charge de Tune d'elles, l'électricité contraire se développe

a été priaiitivement imprimée, par quelque force émanée du Soleil, laquelle, la refoulant en arrière et la charriant à de vastes distances loin du novau, forme la queue, ou du moins la partie de la queue pouvant être considérée comme consistant en une substance matérielle ;

îi^ Que cette fore/, quelle qu en soit la nature, agit inégalement sur la matière de la comète, la plus grande partie restant non .vaporisée, et une partie considérable de la vapeur produite restant dans le voisinage où elle Ibruie la tOte et la chevelure ;

5® Que la force ayant une telle action sur la matière de la queue peut è(re identique avec la gravitation ordinaire de la matière, étant centrifuge ou répulsive eu égard au Soleil, mais possédant une énergie de beaucoup supérieure k la gravitation vers cet astre. Cela est évident si Ton considère rénorme vitesse avec laquelle la matière de la queue est charriée en arrière, ù Topposé à la fois du mouvement qu*elle partage avec le noyau et avec celui qu'elle acquiert dans Tactc de rémission, double mouvement qui doit d'abord être anéanti avant qu'un mouvement dans une direction contraire puisse être imprimé ;

6^ Qu'à moins que la matière de la queue ainsi chassée loin du Soleil ne soit retenue par une attraction particulière et très-énergique du noyau, différente du pouvoir ordinaire de la gravitation, elle parait devoir abandonner le noyau ; en effet elle est emportée loin au delà du point où le faible pouvoir coercitif dû à Faction de la gravité correspondant à la petite masse du noyau peut la maintenir; et il y a lieu de croire que la comète peut perdre, à chacun de ses passages vers le périhélie, une portion de la matière particulière, quelle qu'elle soit, d'où dépend la formation de la queue. Quant à la portion de matière qui reste après cette élimination, elle est sans doute moins sensible à Faction des rayons solaires, et, en somme, d'une constitution plu> analogue à la matière dont sont formées les planètes ;

7° Qu'en considérant les immenses distances où se trouve transportée loin du noyau la matière qui forme la queue, et le chemin qu'elle suit à travers le système, il est tout à fait inconcevable que la totalité de celte matière doive être réabsorbée ; qu'en conséquence, pendant la durée de son passage au périhélie, elle doit abandonner quelque portion de cette matière ; et si, comme il n'est pas improbable, cette matière est de nature à être repoussée, non attirée par le Soleil, ce qui restera devra, par conséquent, selon la quantité d'inertie, être attiré plus énergiquement par le Soleil que ne l'était la totalité- Si l'on suppose l'orbite elliptique, chacune des révolutions successives se fera dans un temps plus court que la précédente, jusqu'à ce que la comète se trouve débarrassée de la totalité de la matière répulsive. »

ÏHEOHIE ELECTRIULE OU MAGNETIQUE 311»

dans les parties les plus ténues, les plus légères, qui la transportent avec elles jusqu'aux limites de l'atmosphère cométaire. Mais, d'autre part, le Soleil lui-même se trouve constamment dans un état de tension électrique prononcé. Celle des deux électricités qu'il possède en excès attirera, par exemple, le noyau, si celui-ci est chargé de l'électricité opposée , et repoussera les molécules de l'atmosphère élect risée de la même manière.

Cette répulsion, en s'exerçant sur la partie de l'atmosphère qui a déjà une tendance à s'éloigner du Soleil, formera une première queue à peu près directement opposée au rayon vecteur; en agissant sur les molécules antérieures, qu'elle devra refouler en arrière, elle formera une seconde <|ueue. ce Comme l'action électrique du Soleil, dit-il, attractive sur le noyau et répulsive sur la nébulosité, perturbe un peu la figure que prendrait la comète sous l'influence isolée de la gravitation, de manière à allonger primitivement la nébulosité plus fortement en arrière qu'en avant, la pesanteur des molécules vers le noyau est moindre à • l'opposé du Soleil que de son côté, et, en outre, l'éleetricité semblable à celle de ces astres y est plus abondante. Par conséquent, c'est là que la force répulsive se fait sentir le plus énergiquement. D'ailleurs les courants de matière sont directement dans le sens de cette force, et n'ont pas à se recourber comme ceux qui naissent en avant. La queue postérieure est donc plus énergiquement repoussée et plus longue que la queue née de la région antérieure. Par la même raison, elle fait avec le rayon vecteur prolongé de la comète un angle moindre, conformément à ce que l'on observe. Par la même raison aussi la queue, dont la naissance est à l'opposé du Soleil, aj)paraît généralement la première et disparaît la dernière. » Cette double queue, qui était très -aisée à observer dans la comète de 1861,

:m LES COMÈTES

M. Liais a<liiutt qu'elle existe dans presque toutes les comètes ; les deux parties dont elle se compose ne pai'aisseiit distinctes que si elles sont fort longues, à moins que, par la position de la Terre dans leur plan commun qui est celui de l'orbite, la perspective ne les projette Tune sur Tautre.

Ce qui précède suffira à faire comprendre l'ensemble de ce dernier système, qui ne diffère pas essentiellement de ceux d'Olbers et de J. Herschel. M. Liais entre d'ailleurs dans de grands détails, trop longs pour être reproduits, par lesquels il s'attache à expliquer toutes les anomalies de> observations et à montrer, peut-être avec un peu de corn- })laisance, que ces anomalies apparentes sont de légitimes conséquences de la théorie de l'électricité cométaire : les queues multiples, di'oites ou courbes, en panache ou en éventail, en forme d'épée, les secteurs lumineux et aigrettes , les queues dirigées vei*s le Soleil , la double courbure de la queue de la comète de 1769, l'accélération du mouvement de certaines comètes^ les lueurs rapides et passagères des queues, tout cadre à merveille, selon M. Liais, avec cette hypothèse.

Dans un Mémoire sur la constitution physique de ht comète de Halley, Tillustre astronome de Kœuigsberg, Bessel , a fornmlé une théorie un peu différente de celle de l'électricité. Le but qu'il avait surtout en vue était de rendre compte du phénomène si curieux des balancements ou oscillations des aigrettes lumineuses, observées en 1835, phénomène que plus tard nous avons vu observé pareillement dans la tête de la grande comète de 1 862. Bessel compare l'axe de la comète à un aimant dont l'une des extrémités ou l'un des pôles se dirige vers le Soleil, tandis que l'autre tend à s'en éloigner. C'est de l'équilibre tour à tour rompu et rétabli sous l'action des forces internes et de la force polaire

THÉOiUË DE LA FOHCE l'OLAilŒ DE DESSEL 321

émanée du Soleil que résultent les oscillations observées. Cette force, dans la partie de son action qui est répulsive, tend à former et développe en effet la queue. « Quant à Torigine physique de cette force, dit M. E. Roche dans son analyse du mémoire de Bessel, il rattribue à une action particulière du Soleil qui accompagnerait la volatilisation du fluide comé taire, et tendrait à la fois à repousser chaque molécule et à diriger vers le Soleil Taxe de la comète. Cette force ne serait pas proportionnelle à la masse, mais spécifique , c'est-à-dire agissant avec une différente intensité sur des matières différentes. Par cette spécificité s'expliquerait la production des queues multiples. Le jeu des forces polaires imaginées par Bessel est du reste trèscompliqué; leur action sur le noyau de la comète est obscure et rend impossible toute espèce d'équilibre dans l'atmosphère qui l'enveloppe *. »

1. Voici, du reste, d'après la traduclioii française insérée en 18^0 dans la Connaissance des temps^ une analyse sommaire du mémoire de Bessel.

L'illustre astronome décrit en premier lieu Taspect que lui a présenté la tête de la comète, depuis le 2 jusqu'au 25 du mois d'octobre 1835, insistant surtout sur les mouvements de l'aigrette, de cette « eiïusion de matière lumineuse qui sortait du noyau et était dirigée du côté du Soleil. Le plus curieux phénomène qu'ait présenté la comète, dit-il, est sans contredit le mouvement de rotation ou d'oscillation du cône lumineux. » H cherche ensuite k déterminer de quelle façon et dans quelle direction s efTecluait ce mouvement, et il parvient à conclure des observations et des mesures de position de l'aigrette l'hypothèse probable d'un mouvement pendulaire eflectué par le cône lumineux dans le plan de l'orbite de la comète et autour d'un axe perpendiculaire à ce plan. La durée de la période se trouvait comprise entre A et 5 jours, et l'amplitude des oscillations avait une valeur moyenne de 60 degrés.

Maintenant, comment expliquer ce mouvement? L'attraction du Soleil, agissant inégalement sur les particules de la comète, plus ou moins éloignées du Soleil, et se combinant avec le mouvement de l'astre dans son orbite, ne pourrait-elle produire dans le noyau une libration analogue à la Ubration de la Lune 7 Bessel résout négativement la question ainsi posée, parce que, dans ce cas, la durée des oscillations provenant de Tattraction du Soleil serait très-longue, tandis que les observations assignent à ces oscillations une courte période. C'est alors qu'il penche pour l'admission d'une force physique spéciale ; voici le passage où il explique sa pensée h ce sujet : « Il est nécessaire d'admettre une force polaire qui tende à diriger un des

VI ThÉOKIE des phénomènes COMÉTAIRES

Recherches de M. E. Roche nir la forme et l'équilibre des atmosphères des corps céUtia sons l'influence combinée de la gravitation, de la chaleur solaire et d'une force I répulsive. — Figure d'équilibre d'une niasse fluide soumise à la gravitation et à la

chaleur du Soleil. ^ l^e» comètes devraient avoir deux queues opposées. — Complément de la théorie des marées cométaires, par l'admission d'une force répulsive, apparente ou réelle. — Accord do la théorie ainsi complétée avec les observations.

Un savant professeur de la Faculté de Montpellier, M. Edouard Roche, a traité de la façon la plus complète,

rayons de la comète vers le Soleil, et le rayon opposé dans le sens contraire; il n'y a aucune raison pour rejeter à priori une pareille force. î.e magnétisme sur la Terre nous offre Texemple d'une force analogue, quoiqu'il ne soit pas encore prouvé qu'elle se rapporte au Soleil ; si cela était, on en pourra voir TefTet dans la précession des équinoxes. Une fois cette force admise, il c>t facile d'expliquer le mouvement oscillatoire de l'aigrette ; la durée des oscillations dépend de la grandeur de cette force, et leur amplitude d'une constante relative au mouvement initial des molécules. Je remarque, en outre, que >i le Soleil exerce sur une partie de la comète une force autre que rattraclioii, cette force doit être une force polaire, c'est-à-dire produisant une action contraire sur une autre partie de la masse. Car si cela n'avait pas lieu, la somme de toutes les actions que le Soleil exerce sur la masse de la comète ne serait pas proportionnelle à cette masse, et par conséquent le mouvement de la comète suivant les lois de Kepler ne correspondrait pas à la masse du Soleil déterminée par le mouvement des planètes. Or les observations n'ont montré aucune déviation pouvant provenir de cette cause ; si donc on peut prouver que le Soleil n'agit pas de même sur toute la masse de la comète, on aura un nouvel argument en faveur d'une force polaire. »

Bessel étudie ensuite par l'analyse quelle est la route suivie par une particule qui, émanée du noyau et s'échappant de l'aigrette lumineuse dans la direction du Soleil, va sous l'influence de la répulsion solaire rebrousser chemin et s'éloigner de la tête de la comète à l'opposé du Soleil ; puis, comparant les résultats de l'analyse à ceux de l'observation, il rend compte des apparences que présentent les queues de diverses comètes, leur courbure, leur plus ou moins grande largeur, etc.

Mais toutes les comètes sont loin de présenter les mêmes phénomènes : par exemple, tandis que les aigrettes des comètes de 1835 et de illih sortaient d'une région particulière de la surface du noyau, dans celle de 1811 la matière lumineuse en émanait dans toutes les directions ; dans celle de 1769, il y avait deux aigrettes distinctes ; la comète de 1807 avait deux queues. Nous avons vu a autres exemples de ces différences. Bessel explique les premières

THKOUIE DES PHÉNOMÈNES COMÉTAIUES 3-23

dans une série de mémoires, la question de la figure que prennent les atmosphères des corps célestes sous rinfluence des forces agissant dans le système solaire. 11 a étudié particulièrement les atmosphères cométaires, et en général tous les phénomènes qui se passent à Tintérieur des masses des comètes, soit autour du noyau, soit au delà des nébulosités et dans les queues.

M. Hoche commence par traiter la question en réduisant les données à leur plus grande simplicité. 11 assimile la comète « à une masse entièrement fluide, sensiblement homogène et n'ayant pas de mouvement de rotation » . Les forces

•par une simple difTérence dans lu valeur d'une constante; les autres, en admettant que la force répulsive du Soleil s'exerce avec des intensités qui varient selon la nature spécifique des diverses portions de la matière lumineuse.

Terminons cette analyse en citant le passage où Bessel explique le mouvement d'oscillation qui, en fixant principalement son attention, a donné naissance à sa théorie.

« Je regardé, dit-il, le mouvement oscillatoire de l'aigrette lumineuse de la comète de Halley copime un elTet de la môme force qui lance dans des directions opposées les particules sorties du noyau parallèlement au rayon vecteur. Voici comment je suppose que cette force agit :

» Toute action d'un corps sur un autre peut être divisée en deux parties, dont Tune s'exerce également sur toutes les particules de ce dernier, et dont l'autre se compose des diflerentes actions exercées sur diverses parties. Lorsque les corps sont trcs-éloignés l'un de l'autre, et que leur action est très-faible, c'est la première partie qui devient d'abord sensible, à mesure que la distance diminue ; la seconde ne peut avoir de valeur appréciable que plus tard. Ainsi, lorsqu'une comète se rapproche du Soleil après en avoir été trèséloignée, on s'aperçoit d'abord de l'action générale qu'il exerce sur toutes ses parties. Je suppose que cette action consiste en une >olatilisation des particules qui, en outre, soient polarisées de manière à être repoussées par le Soleil. La seconde partie de Faction peut avoir pour elTet la polarisation de la comète elle-même, et une émission particulière de matière lumineuse dans la direction du Soleil. La partie de la surface d'où sort l'aigrette lumineuse a une polarisation telle, qu'elle tend à être attirée vers le Soleil; et par conséquent, les particules qui la composent ayant la même polarisation, tendent aussi à se rapprocher du SoleiL Mais ces particules se meuvent dans un espace rempli d'une matière polarisée en sens contraire^ qui tend à se reproduire constamment ; aussi les deux polarisations contraires se neutraliseront et les particules qui composent l'aigrette prendront la propriété opposée à celle qu'elles avaient précédemment, d'autant plus qu'elles se sont plus éloignées du ravon de la comète. »

;j2l LKS COMÈTES

qui la sollicitent sont Tattraction mutuelle de ses propres molécules et la gravitation vers le Soleil. Pour qu'une telle masse soumise à ces forces soit en équilibre, il faut qu'elle ait la Ggure d'un ellipsoïde dont le centre est son centre de gravité, qui est de révolution par rapport au rayon vecteur mené au Soleil, et dont le grand axe coïncide avec ce rayon.

Introduisant alors le mouvement de la comète vers le Soleil, M. Roche examine les modifications qu'apporte u la figure de son atmosphère la diminution de distance, eu n'ayant toujours égard qu'à l'attraction mutuelle des deux corps célestes. « D'abord sphérique quand la comète est très -loin, cette figure devient ellipsoïdale et s'allouge progressivement, à mesure qu'elle approche du Soleil. » Mais il y a une limite à cette distance, limite qui dépend de la densité du fluide dont l'atmosphère cométaire est formée.

Bien que, selon M. Roche, il existe peut-être dans le grand nombre de comètes du monde solaire quelque comète dout la constitution physique réponde à cette première hypothèse, néanmoins il est plus naturel, plus général de considérer un noyau central entouré d'une atmosphère beaucoup plus rare : c'est la pesanteur vers le noyau qui, selon le caractère commun aux atmosphères des corps célestes, maintient l'enveloppe gazeuse. Voyons dans cette nouvelle hypothèse ce que donne la théorie.

« En suivant avec soin, dit M. Roche, les |>hénomèues qui se développent chez une comète, quand elle approche du Soleil, (m voit bien qu'ils résultent, au moins en partie, de l'action croissante dé la pesanteur solaire. La différence des atti'actions exercées parle Soleil sur la partie de l'atmosphère cométaire la plus voisine, et sur la plus éloiguée, doit avoir pour eflTet d'allonger la comète suivant la direction du Soleil,

TIÎKOniE DES PHÉNOMÈNES œMÉTAIRES

et de plus en plus, à mesure qu'elle en est plus près. En un mot, la cause des marées terrestres doit se manifester ici d'uqe manière analogue, mais sur de bien plus grandes proportions, au voisinage du périhélie. Ce premier aperçu s'est trouvé confirmé par mon analyse. » En effet, les couches de niveau primitivement sphériques s'allongent de plus en plus dans le sens du Soleil, à mesui'e que, par la diminution de distance, l'action de cet astre devient plus grande; la comète allongée vers le Soleil Test pareillement en sens opposé. Mais l'atmosphère est limitée aux points où se balancent l'attraction du Soleil et celle du noyau cométaire. Au delà d'une

FiG. 66. — Théorie des phénomènes cométaircs de M. Roche. Limite des couches

de niveau atmosphériques.

surface de niveau limite, que M. Roche nomme surface libre ^ toute molécule dépassant l'atmosphère proprement dite obéit à l'action prépondérante du Soleil ; on peut dire qu'elle ne; pèse plus sur le noyau et doit abandonner la comète. Les couches de niveau extérieures n'ont plus la forme sphéroïdale ; elles s'ouvrent pour ainsi dire au voisinage des deux pôles en A et en A' en se développant en nappes indéfinies (fig. 66).

Que, pour une cause quelconque, « le fluide cométaire vienne à dépasser la surface libre , il se répandra en tous sens sur les surfaces de niveau immédiatement extérieures; et comme elles sont illimitées, le fluide excédant s'écoulera

;5-2<i LES COMÈTES

par les doux sommets coniques, comme par des ouvertures, et ira se dissiper dans Tespace » (fig. 67). Jusque-là, la gravitation est la force seule dont l'action soit étudiée ; elle suffit, comme on le voit, à donner la figure d'équilibre que prend une comète supposée une masse fluide homogène, ou un noyau central liquide ou solide entouré d'une atmosphère pesante. On peut encore aller plus loin sans faire intervenir d'autre force ; car M. Roche trouve que la surface libre, ses dimensions varient avec la distance au Soleil; cette surface « se contracte en quelque sorte à mesure que la comète marche vers le périhélie, et la couche fluide qui reste en dehors de

sN^

FiG. 67. — Écoulement de la matière cométaire au delà de la surface libre

de l'atmosphère. Force répulsive nulle.

cette surface s'écoule aux deux pôles, formant ainsi deux jets opposés suivant le rayon vecteur du Soleil. Si le fluide est élastique et se comporte comme un gaz, cet écoulement se continuera, tant que des molécules viendront de Tintérieur remplacer les molécules qui s'échappent. Voilà ce qui doit arriver quand la comète approche du Soleil. » Cet efl'et cesse, il est vrai, dès que le périhélie est atteint.

lofais une autre cause contribuait déjà, sans doute d'une manière beaucoup plus puissante, à produire cet écoulement du fluide cométaire aux deux extrémités de l'axe de la comète, ainsi que le représente la figure 67. Cette cause, c'est Taction* calorifique des rayons solaires sur le noyau, action qui va en croissant rapidement dans le voisinage du périhélie. Alors la chaleur accumulée dilate progressivement et vola-