CHAPITRE VII

Parmi les plus beaux phénomènes qu'il nous est donné de contempler dans le ciel, on doit citer la scintillation des étoiles : cette lumière qui s'élance, tantôt vive, tantôt faible, en lueurs intermittentes, tantôt blanche, verte ou rouge, comme les feux élincelants d'un diamant bien taillé, ravit les observateurs les plus indifférents et constitue ce magnifique phénomène dont l'explication est encore entourée de bien des difficultés. Nous avons attendu jusqu'à présent pour nous en occuper, parce que l'analyse de ce phénomène aurait été incomplète sans la connaissance des recherches spectrales.

En premier lieu, il est incontestable que le phénomène ne se produit pas dans l'étoile elle-même, mais pendant le passage de ses rayons à travers notre atmosphère; il suit donc les conditions et la variabilité de cette dernière. Sur la cime des plus haut 33 montagnes, au rapport des observateurs les plus expérimentés, spécialement sur l'Etna, au dire de Tacchini, la lumiire des étoiles est calme et tranquille, comme celle des planètes; il en est de même dans les heures de

calme qui précèdent les grands bouleversements, quand les vents ont complètement cessé; de même aussi dans les hautes et tranquilles régions équatoriales. La vibration, d'ordinaire, est plus fréquente près de l'horizon; elle diminue avec la hauteur de l'astre, c'est-à-dire avec la diminution de l'épaisseur de la couche atmosphérique agitée que traversent les rayons ; néanmoins dans les journées de grand vent, spécialement de vent du nord, on voit les étoiles scintiller trèsfort jusqu'à une grande hauteur et même jusqu'au zénith. On en conclut que le mouvement des ondulations atmosphériques joue un rôle prépondérant dans la scintillation des étoiles.

Mais il est impossible à l'œil nu d'étudier soigneusement toutes les phases de la scintillation, et les instruments en révèlent mieux le mécanisme. En regardant les étoiles, dans les soirées agitées et de grande scintillation, avec un grand instrument, on voit leur image diffuse, mal délimitée, entourée de rayons, et comme formée de plusieurs images superposées et sautillant rapidement. On ne voit pas du tout ce petit disque net, entouré d'anneaux immobiles qui résultent de la diffraction produite par l'ouverture de l'objectif, mais qui donnent en même temps une mesure de la tranquillité de l'air. Avec des instruments de grandeur moyenne, dont le champ est plus étendu que celui des grands, on trouve que, par une légère secousse donnée à la lunette, l'image unique se change en une courbe lumineuse dont le périmètre est formé tout entier d'arcs successifs, teintés des couleurs de l'iris. Le phénomène de cette courbe colorée a été signalée pour la première fois par Nicholson ; au fond, il ne diffère pas de ce qui se produit quand on tourne rapidement dans l'air un charbon allumé qui engendre un arc con- Vinu par suite de la persistance de l'image sur la rétine. Dans ce cas, la couleur est constante, parce que la coloration du

126 PHYSIQUE STELLÂlRE

charbon ne varie pas ; mais, dans l'étoile, les arcs sont différemment colorés durant le temps très-comt pendant lequel le télescope oscillant transporte l'image d'un point à l'autre du champ visuel. Cette expérience est, de sa nature, peu exacte; elle a été rendue régulière par M. Montigny, qui a introduit dans la lunette, à une certaine distance de l'oculaire, une lentille concave, excentrique à l'axe de l'instrument, et douée d'un mouvement de rotation rapide à l'aide d'un mécanisme convenable. Il a pu ainsi obtenir des images tournant avec une certaine régularité, mesurer un grand nombre des particularités du phénomène, et établir, entre autres choses, que les étoiles jaunes et rouges du 2^ et du 3® type scintillent moins rapidement que les étoiles blanches du l"^'' type, et que le changement de couleur arrive à se produire de 50 à 70 fois par seconde.

A l'œil nu, il semble que l'étoile change continuellement de place, mais cela n'est pas vrai en réalité. Les étoiles semblent certainement osciller fréquemment par l'effet des ondulations atmosphériques, comme on le voit bien quand la polaire passe au méridien : c'est à ces oscillations que sont dues en grande partie les inexactitudes de position absolue; mais la simple oscillation est très-peu de chose, et, quand elle ne dépasse pas un petit nombre de secondes d'arc, elle est imperceptible à l'œil nu. Dans les lunettes mêmes, on voit que c'est un phénomène bien distinct de la scintillation et du changement de couleur qui l'accompagne, parce que souvent l'étoile oscille sans changer de couleur et sans avoir d'image variable. Les planètes oscillent souvent sur leurs bords; elles sont comme en éhulUtion, et pourtant elles ne scintillent pas. Il faut excepter Vénus ; encore est-ce dans des cas exceptionnels, et spécialement quand elle se montre sous la forme d'un croissant très-étroit.

Cette différence entre les deux phénomènes peut être mise en pleine évidence au moyen du spectroscope.

Jusqu'à nos premières recherches spectrales, et peu de temps après avoir inventé le spectroscope simple à vision directe dont nous avons parlé plus haut, nous ne pouvions nous expliquer le fait suivant. En regardant une étoile scintillante voisine de l'horizon, dont le spectre présente de fortes raies noires, comme Sirius par exemple, nous voyons ces raies rester sensiblement immobiles, tandis que le spectre était comme parcouru par de grandes ondulations lumineuses. Cette immobilité des lignes spectrales au milieu du mouvement des ondulations fut constatée au moyen de notre instrument, par plusieurs astronomes, entre autres par le trèséminent professeur Respighi, qui plus' tard a étudié de plus près le phénomène. Ces ondulations vont courant par tout le spectre, affaiblissant et renforçant successivement toutes les couleurs, tantôt verticalement, tantôt obliquement. La stabihté des raies noires était pourtant un indice certain qu'en réalité l'étoile ne se mouvait pas, mais que tout le phénomène consistait dans un renforcement et un affaiblissement successifs des couleurs spectrales, dont la variation est la cause première de la scintillation.

Vers 1866, nous posâmes quelques-unes des lois de ce phénomène, lois qui furent confirmées plus tard par M. Respighi :

l" Spectre vertical, étoile au levant : les ondes spectrales cheminent vers le rouge, quelle que soit la position du spectre produit par le prisnie, que le rouge soit placé en haut ou en bas.

2"» Spectre vertical, étoile au couchant : les ondulations cheminent vers le violet, que cette couleur soit en haut ou en bas

3» Spectre horizontal : les ondes vont en diagonale, pro-

gressant vers le rouge ou le violet suivant que l'étoile est au couchant ou au levant.

En sorte que, dans leur marche, ces ondes sont indépendantes de la position du prisme et dépendent de la situation de l'étoile au levant ou au couchant.

Quant à l'origine de ces ondes, il n'est pas difficile de la déterminer. Nous savons, en effet, que l'atmosphère, près de l'horizon, remplit l'office de prisme et produit un spectre parfaitement mesurable. Dans les lunettes, ce spectre a le violet en bas, le rouge en haut, et, comme le télescope renverse les objets, il a en réalité le rouge en bas, le violet en haut, le rayon le plus réfrangible étant le plus relevé, comme il arrive précisément quand on regarde l'étoile avec un prisme dont l'arête est en haut.

La longueur de ce spectre fut trouvée de plusieurs secondes par Bessel. Struve, à 88° 33' de distance zénitale, le trouva de 22" en diamètre vertical et de 8" en diamètre horizontal; il restait ainsi 14" pour la dispersion vraie.

Nous l'avons mesuré plusieurs fois en 1855, et, entre le rouge moyen et le bleu moyen, à 80° de distance zénitale, nous l'avons trouvé de 2", 8. Théoriquement , suivant les calculs de M. Montigny, du rouge au violet, il doit être de 5", 5 à 80<» de hauteur. Pourtant les dimensions de ce spectre, dans le voisinage de l'horizon, ne sont jamais fixes, parce qu'il s'allonge et se raccourcit visiblement, et parfois jusqu'au double. Dans ces dilatations, le violet semble presque se détacher des autres couleurs ; ce fait a été noté aussi par Donati i.

Dans ce spectre naturel, on observe les mêmes ondulations que dans celui que donnent les spectroscopes, bien qu'elles