LES RAYONS GATHODIOUES ET LES FILES DE PARTICULES ÉLEGTRISÉES

Par h. DESLANDRES.

Goldstein est le premier qui ait admis, en 1881, la possibilité d'une émission de rayons cathodiques par le Soleil ( Wiedemanns Annalen, L XII, p. 266 et Comptes rendus, t. CXXVI, 1898, p. 1201).

« Je voudrais insister sur ce que certains phénomènes de nature électrique et magnétique qui (à cause des coïncidences de leurs périodes, ou de leurs époques avec certaines variations solaires), ont été mis en relation avec Tinfluence électrostatique ou électromagnétique du Soleil, s'expliquent peut-être plus convenablement par des courants électriques qui traversent l'espace interplanétaire en émanant de la masse centrale. Les expériences faites en éliminant de plus en plus le milieu pondérable n'indiquent aucune limite de la propagation de cette singulière forme d'énergie que nous observons dans les rayons cathodiques. Or, il paraît admissible que le Soleil, outre les rayons optiques, émet aussi des rayons cathodiques dans un vaste espace. Même en plaçant l'anode tout près de la cathode, on observe que les rayons cathodiques, indépendamment de la position de l'anode, traversent l'espace en ligne droite, sans limite observable. Donc, pour une telle communication électrique avec le Soleil, il ne serait pas indispensable que la Terre elle-même représentât une source ou un pôle de la décharge ; mais il se pourrait très bien que les décharges, dont les pôles se trouveraient tous deux sur le Soleil, produisissent lies rayons cathodiques émanant du Soleil dans l'espace céleste. »

Plus tard, en 1894, Paulsen (iSw//e/m de l* Académie des Sciences de Copenhague^ est frappé par les analogies des rayons cathodiques avec les rayons des aurores boréales; il attribue ces dernières à des

l54 H. DESLANDBES.

rayons cathodiques qui prennent naissance dans les couches s«{& Heures de notre atmosphère, mais sans indiquer la cause préôsei leur production.

En juin iSgi) (Archives des Sciences physiques et n(Uun& Hirkeland, après avoir reconnu dans le laboratoire le phéDoni appelé par lui succion des rayons cathodiques par un pôle mai tique, est conduit à admettre l'émission de rayons cathodiquesp Soleil. Ces rayons, arrivant dans le voisinage de la Terre, sonli et comme attirés par les pôles magnétiques terrestres et donnent sance aux aurores boréales.

Au même moment, Deslandres {Observations de Véclip$t du i6 août 1893. Gauthier- Villars, mars 1896, elAnnalesduB des Longitudes, t. V) est conduit par l'étude même du S admettre rémission de rayons cathodiques par les couches Heures de la chromosphère et à expliquer ainsi la couronne s

Après avoir montré que la chromosphère, par la nature m< son spectre, doit son illumination à une cause électrique, etaprc assimilé la chromosphère tout entière au phénomène de l'éle atmosphérique terrestre. Fauteur ajoute (p. 70) :

« Hypothèses particulières sur la couronne dans la électrique. Hypothèse cathodique. — La question de la c sphère étant éclaircie, l'étude de la couronne doit être plus fa spectre de la couronne montre que les petites atmosphères en les poussières coronales doivent être illuminées éleclriqi Comme la chromosplièrc est une vaste étincelle électrique, ui admissible apparaît immédiatement; les petites atmosphères s( minées par induction, comme dans l'expérience classique d( de Gessicr. D'autre part, la lumière à spectre continu de la c< peut être attribuée à la température encore relativement élev |)oussière.

» Mais comment expliquer la forme si particulière des files ( sières qui constituent les aigrettes caractéristiques? La diffi» |)lus grande; car il n'y a |)as d'analogie, notre atmosphère n'a encore montré de phénomènes comparables aux rayons de ronne.

» Les hypothèses peuvent être nombreuses, car le contrôle rile. M. Huggins suppose des particules chargées de la même cité que les couches plus basses, iVoii répulsion. Au-dessus cules, les courbes équipolentielles étant plus rapprochées, co

EXPLICATION DB PLUSIEURS PHÉNOMÈNES CELESTES ET TERRESTRES. l5S

i'a VU plus haiil, les charges et les répulsions pourraient être plus fortes (•).

» Je propose une autre hypothèse, meilleure à mon sens, qui assimile les aigrettes coronalcs aux rayons cathodiques des gaz raréfiés. Les couches supérieures de la chromosphère sont fortement électri- >écs et à pression très basse; si Télectrisation est négative (^), on a aslemcnl les conditions spéciales des tubes de Crookes. Les plages iffillantes de la chromosphère émettraient des jets cathodiques plus ictifs que ceux des régions voisines, rectilignes et à peu près nornaux, qui illumineraient par phosphorescence les poussières cosniques répandues autour du Soleil. Les formes, au premier abord si singulières de la couronne et de ses rayons droits ou courbes ('), l'expliquent très simplement de cette manière.

» Mais Inobservation de la couronne est trop peu avancée pour que l'on puisse sérieusement discuter ces hypothèses; il suffira d'ajouter nue les jets coronaux peuvent, à juste titre, être rapprochés des queues cométaires, qui ont les mêmes formes. Il esr possible que la même cause agisse dans les deux cas. »

L'auteur revient sur la question dans plusieurs Notes successives its Comptes rendus, t. CXXIV, 1897, P* ^y^et p. 1297; t. CXXVI, 1898, p. i323. Dans cette dernière, intitulée : Explication simple de plusieurs phénomènes célestes par les rayons cathodiques, 9 mai 1898, on relève le passage suivant :

« L'élude spectrale de la chromosphère ou partie basse de l'atmosphère solaire montre qu'elle est un phénomène électrique qui, même, est comparable au phénomène de l'électricité atmosphérique terrestre.

(M Dans cette hypothèse, il faut tenir compte de la lumière ultra-violette, qui est ^ise fortement par le disque, et qui, d'après les recherches récentes (Hailwachs, l^ighi, Eister et Geitel), a la propriété de décharger les corps éleclrisés et de leur imposer une charge fînale positive, relativement faible et variable avec la pression «In gaz ambiant.

(') Sur la Terre, d*après la variation du potentiel avec la hauteur, les couches su- P^rienres de Tatmosphère seraient, au contraire, positives par rapport au sol.

(') Les formes courbes seraient dues au champ magnétique et aux répuisions mu- Nulles des rayons. On explique aussi aisément, par cette hypothèse, Tégale intensité <KUraie verte de la couronne dans les jets et dans leurs intervalles. En effet, avec

les poussières coronales l'éclat des petites atmosphères illuminées par induction doit

^Utàpeu près uniforme, lorsque la distance à la chromosphère est grande; mais les

piiossiéres elles-mêmes, qui brillent par phosphorescence, ont des éclats très inégaux,

'ariabies avec les directions des jels cathodiques.

1>6 U. DBSLANDftES.

Or la partie haute de la chromosphère est électrisée et raréfiée, cU. doQC. doit émettre des rajons cathodiques. Ces rayons, à peu prèi] normaux à la surface solaire, sont plus intenses aux points où m chromosphère est elle-même plus brillante, c'est-à-dire au-dessus deii taches et facules (*). J*explique alors aisément, d'abord la couronne" entière du Soleil avec ses rayons, ensuite les comètes avec leun queues multiples, et les relations avec le magnétisme terrestre.

» Mais, dans cette explication et pour les comètes en particulier, je n'ai pas recours, comme Goldstein, aux rayons cathodiques secondaires et à la déflexion, au moins pour les parties principales du phénomène. Je n'ai pas écrit le passage cité : « La déflexion expliqoi » bien la force répulsive émanée du Soleil ». Le sujet de la phrase est tout autre. J'ai écrit : « L'émission de rayons cathodiques parla » chromosphère supérieure explique bien...» [Comptes renduSj l. CXXIV, p. 678).

» En fait, pour moi, la force répulsive du Soleil est due simplement à la répulsion bien connue que le rayon cathodique primaire exerce sur le corps qu'il frappe (Crookes). Si l'on considère une petite particule, Tattraction du Soleil ou de tout autre corps est proportionnelle à sa masse; mais la répulsion du rayon cathodique est proportionnelle à sa surface, et, avec une particule suffisamment petite, peut dépasser l'attraction. C'est ainsi que les petites particules qui occupent les parties hautes des atmosphères stellaires sont repoussées par les rayons cathodiques et donnent naissance aux rayons (\r la couronne solaire et aux queues des comètes (^).

»» Le rayon cathodique échaulîe et illumine par phosphorescence les corps qu'il rencontre, d'où en partie la lumière propre de la couronne solaire et des comètes.

» Le rayon cathodique apporte a>ec lui une charge négative ( Perrin), ce qui modifie le champ éleclri(pie et magnétique de Taslre, et produit des décharges électriques (lumière propre des comètes, aurores boréales) et aussi les orages magnétiques terrestres.

(') Ainsi donc, tes ra\ons c;ilhodiques sont émis par une partie bien déterminée non pas du Soleil lui-même, mais de son atmosphère; les rayons lumineux sont émis par la surface même du Soleil.

(•) Les (|ueues multiples sont dues soit à la présence de particules diflfércnlcs (d'après les idées de Bredikliine), soit à la divison du rayon cathodique solaire ea rayon simples.

La répulsion par le Soleil se produit facilement à cause de la faible masse de la comète, qui exerce ainsi une attraction minime.

EXPLICATION DE PLUSIEURS PHENOMENES CELESTES ET TERRESTRES. iS;

» En résumé, les phénomènes cathodiques se passent dans l'espace Jilerplanétaire entre les parties hautes des atmosphères stellaires, parties suffisamment raréfiées pour permettre l'émission et la propagation des rayons ( * ).

» Je signale en terminant une conséquence de la théorie, qui se |iréte à une vérification. Les variations passagères d'éclat des comètes doivent correspondre au passage de fortes taches près de la ligne qui joint la comète au centre du Soleil. »

Plus tard, Deslandres explique les formes singulières et caractélistiques des nébuleuses par une émission de rayons cathodiques. Voir les Notes des Comptes rendus : Sur la force répulsive et les actions électriques émanées du Soleil, t. CXXXIV^, 20 mai 1902, p. II 34, et Extension de l'hypothèse cathodique aux nébuleuses y t. CXXXIV, 23 juin 1902, p. i486. Ci-joint uh extrait de cette dernière Note.

« La lumière des nébuleuses est attribuée par Arrhénius aux particules électrisées, et par Nordman aux ondes hertziennes qui leur arrivent de tous les points de l'espace. Ces explications sont inadmissibles; car, par l'effet des mêmes causes, l'atmosphère terrestre devrait avoir, la nuit, un éclat au moins égal. La cause de cette lumière doit être dans la nébuleuse elle-même.

» La forme spirale reconnue dans plusieurs nébuleuses par Lord Rosse, mais d'une manière incomplète, a été relevée exactement par les photographies de Roberts, et de plus a été trouvée très générale; ce résultat a été complété pour les petites nébuleuses avec les instruments de Lick et de Meudon. Sur les dessins de Lord Rosse, la nébuleuse spirale ressemble aux tourbillons des rivières; sur les photographies, on aperçoit seulement avec netteté deux spires diamétralement opposées ou symétriques par rapport au noyau, chaque spire étant parfois double ou multiple, exactement comme les queues doubles et multiples des comètes. Nordman explique ces formes par la force centrifuge : mais cette force, qui est fictive et n'a pas d'existence réelle, ne fournit qu'une apparence d'explication.

» De mon côté, j'ai cherché simplement dans le système solaire, )Ius voisin de nous et plus accessible, des phénomènes semblables.

(*) D'après ces idées, les plaoétes, grâce à leur électricité atmosphérique, doivent mettre aussi des rayons cathodiques, et présenter aussi, sous l'action des autres strcs, mais en très petit, le phénomène des queues cométaires.

l58 II. DESLANDHKS.

el c'est ainsi que j'ai comparé la nébuleuse à une comète double on, mieux, au système formé par le Soleil et les deux rayons corooinij diamétralement opposés qui correspondent aux deux belles prota-î bérances également opposées que l'on observe si souvent. Or, lej causes appliquées déjà à la genèse des rayons coronaux peuvent, a on les suppose agrandies, expliquer la nébuleuse et ses spires. Td est le point capital de ma théorie.

» La cause, d'ailleurs inconnue, qui produit les protubéranoa opposées, donne lieu, si elle est beaucoup plus active, àdeuxéaormol jets coronaux ou cathodiques, qui, une fois formés avec une masse appréciable, persistent pendant un temps très long, grâce au phéno*. mène permanent de marée provoqué dans l'astre central. Quant à b forme courbe des jets, elle s'explique aisément, en supposant tt noyau un état magnétique semblable a celui de la Terre. Lesfilesde particules ('), voisines du plan équatorial, électrisées et repoussées, sont courbées par la force magnétique dans le sens des spires, k courbure étant proportionnelle à l'intensité du champ et en raisom inverse de la vitesse des particules. On explique de même les courbures des rayons coronaux solaires, et la concentration de l'aurore boréale aux pôles terrestres.

» Quant au noyau de la nébuleuse, dans notre théorie, il émet on rayonnement cathodique, lequel, comme on sait, est possible même avec des corps obscurs (en particulier les corps radioactifs). J'ai noté incidemment que certains noyaux sont riches en rayons ullraviolels qui ionisent les gaz et favorisent indirectement l'émission cathodique.

» En résumé, l'hypothèse cathodique, appliquée successivemenl au Soleil, aux comètes, à la Terre, aux nébuleuses, explique bien les faits qui, au premier abord, paraissent les plus énigmatiques. Elle s'appuie sur les grands travaux, de laboratoire poursuivis depuis 'AO ans sur les gaz raréfiés et les tubes à vide, et prend donc naturellement sa place dans le domaine astronomique, constitué surtout par des espaces vides et des atmosphères à basse pression. L'expérience

(') Ces purlicules sunt des parlicul<;s de condensation, de dimensions et de vitesses variables. Les spires doubles et miilliples s'expliquent comme les queues doubles el inulliplcs des coinèles, d'après les idées de Bredicliin.

Le ravonneincnl cathodique de vitesse variable repousse et élcctrise ces particules de coiidensalion; il doit aussi très probablement repousser les gaz, puisque, suivant les expériences de J.-J. Thornson, la très pclilc particule qui constitue le rayon catLodiquc est deux mille fois plus petite que Tatome d'hydrogène.

EXPLICATION DE PLUSIEURS PHÉNOMÈNES CELESTES BT TISRESTRE8. iSg

dique que, dans les gaz raréfies, l'énergie électrique prend la »rme cathodique; aussi le rayonnement cathodique, qui est doué 'aOleurs de propriétés remarquables, doit jouer un rôle important ans les phénomènes célestes. »

D'autre part Arrhénius explique les mêmes phénomènes d'une :açon assez différente. Il fait intervenir aussi les rayons cathodiques et iesélectrons négatifs; mais il accorde une importance plus grande à d'autres particules relativement plus grosses (de diamètre compris entre i i*, 5 elol*,!) qui sont des particules de condensation formées autour des ions de l'atmosphère solaire, et chassées du Soleil par la pression de radiation. 11 s'appuie sur les expériences toutes récentes de Lebedew, HuU et Nichols sur la répulsion due au rayonnement solaire lumineux, de Wilson sur la condensation dans les gaz ionisés; et il adopte pour le Soleil les idées nouvelles émises par Elster et Geitel pour expliquer l'électricité atmosphérique terrestre.

Arrhénius a exposé sa théorie d'une manière magistrale dans plusieurs Mémoires : Sur la cause de V aurore boréale [Annales de Brade, 1901 et Revue générale des Sciences y janvier 1902). Sur l'équilibre électrique du Soleil, 1904 {Monthly Notices of tlie Royal astronomical Society)^ et enfin dans le Lelirbuclt der kosïïiischen Physik, 1908.

Il suffira de donner un extrait de ce dernier Ouvrage, extrait qui résume assez bien les idées principales de l'auteur.

Lehrbuch der kos mise lien Physik, t. I, p. 149.

« Les éruptions solaires laissent, par la condensation des vapeurs ans les couches gazeuses à basse pression de la couronne, de petites articules liquides et solides. Dans les recherches de laboratoire les lus récentes, on a obtenu des pellicules liquides de oS*, oo5 d'épaisruretTon peut admettre l'existence dans la nature de gouttelettes :]uides d'un diamètre égal. Or des gouttelettes opaques du diamètre ; ii*,5oo, oH',6oo et oH-, 220, qui ont respecti\einent les densités de îau, du granit et du fer, subissent par le fait du rayonnement daire une répulsion égale à l'attraction newtonienne; donc des parcules plus petites doivent être repouss(»cs avec une force qui augente avec la petitesse. Si la particule réfléchit la lumière, la répulon est plus forte. Par suite, dans une éruption solaire, les petilrs irlicules se déplacent mieux vers l'extérieur que les grandes, l^c éme phénomène se présente dans les queues cométaires, formées

l6o H. DESLANDRES.

aussi par des particules liquides et solides. De la courbure des queoe» romctaires on peut déduire que la répulsion est inversement proportionnelle au carré de la distance; et cette répulsion, calculée d'âpres la grandeur de la courbure, a été trouvée égale à 1 8, 5, 3,2 et 2 fois l'attraction solaire. »

Ces particules s'éloignent du Soleil dans toutes les directions; elles sont influencées au départ par les courants atmosphériques solaires, et ensuite se rapprochent d'une droite dirigée vers le Soleil. Probablement, à cause de la rotation lente du Soleil, ces courants de particules sont légèrement courbes, comme les queues des comètes; mais celte courbure nous échappe, parce que la Terre est très voisine du plan équatorial solaire. Ces lîlesde poussière doivent former les rajons particuliers de la couronne extérieure qui s'étendent dans les régions où l'activité solaire est maxima.

De plus, il est très probable que ces particules sont éleclrisées et même électrisées négativement. Les éruptions solaires, comme l'ont admis Zollner et, avant lui, Respighi et Tacchini, sont accompagnées de décharges électriques extrêmement fortes, ainsi que les volcans terres— 1res; et, sur le Soleil, tout doit être à une échelle beaucoup plus grande -

Une conséquence de ces décharges, de celles surtout qui ont lieu dans la partie supérieure de l'atmosphère, est la production de rayons cathodiques. Ces derniers ont la propriété merveilleuse de rendre les gaz conducteurs et de diviser leurs molécules en ions positifs et négatifs. Ces ions, d'après les recherches de J.-J. Thomson et de son élève Wilson, sont des centres de condensation pour les vapeur^ \oisines de leur point de saturation; de plus, la condensation est plu :> forle sur les ions négatifs. Les gaz rejetés par les éruptions donneront donc, par la condensation principalement, des particules négatives. Les plus grosses retombent sur le Soleil et lui donnent une charge nrgativc; les autres sont repoussées, et les parties extérieures de raliiiosphèro solaire prennent une charge positive.

Les ])urticules négatives repoussées sont soumises non seulement à la pesanteur et à la répulsion du rayonnement; mais encore aux forces électriques qui les attirent vers le Soleil. Toutes ces forces sont en raison inverse du carré des distances.

Cette poussière solaire des éruptions est rejetée de la surface solaire dans toutes les directions de l'espace. Comme, d'après les observations de Ricci et Mounder, elle met de 'io à 3o heures pour atteindre la Terre, la force totale de répulsion doit dépasser de 2.5 à '^ fuis la pesanteur.

EXPLICATION DE PLUSIEURS PHÉNOMÈNES CÉLESTES ET TËRRKSTRES. l6l

Quelques-unes de ces gouttelettes négatives parviennent dans ralmosphère terrestre et sont retardées dans les couches d*air élevées, comme les étoiles filantes. Ainsi que les rayons lumineux solaires, elles tombent en plus grande quantité, là où le Soleil est le plus haut sur l'horizon, c'est-à-dire entre les cercles tropiques; un petit nombre arrive aux régions polaires. Les couches les plus élevées de notre atmosphère seront alors fortement chargées avec des particules négaûves; ces dernières seront transportées par les vents à des latitudes plus élevées. D'ailleurs ces charges négatives des couches d'air supérieures entraîneront des décharges qui donneront naissance à des rayons cathodiques.

Récemment Paulsen a montré, dans ses Be cherches sur l'aurore polaire, que cette dernière a les propriétés des rayons cathodiques. Il restait à résoudre la question difficile de l'origine de ces rayons. Celte difficulté disparait avec les explications précédentes.

Pai p. DRUDE.

Traduit de ralleaand par Pa«l LÂHGBfOI.

Annalen der Physik, l. I, 1900, p. 563; t. III, 1900, p. 369.

L'idée que la conduclibilitë électrique des métaux n'est pas essenlirlleinent différenle de celle des éleclrolytes, en ce sens que le passage du courant y est également lié au transport de petites particule* électrisées, fut émise tout d'abord par W. Weber et développée plus Lird par Giese ('). Je désignerai ces particules par le nom moderne tVélectrons ou plus commodément par celui de centres éleclrisés tt par abréviation centres. Je n'emploierai pas les mots corpuscules ou ions parce que ces expressions impliquent l'idée d'une masse pondérable, très petite il est vrai, liée à la particule électrique. Je crois préférable de réserver le mot ions pour les agrégats de centres éleclrisés cl de masses pondérables, comme ceux qui se présentent dans les éleclrolytes.

Nous laisserons de colé la question de savoir si un électron possède (ni non une masse pondérable. Remarquons seulement qu'il n'est pas nécessaire de lui supposer une semblable masse, bien qa'il possède une énergie cinétique et une inertie, manifestée par es^mple dans la déviation magnétique des rayons cathodiques et dans les propriétés optiques des métaux. Tout électron en mouvement est équivalents un courant et s'entoure d'un champ magnétique, de sorte que toute action qui tend à changer la \itesse ou la direction du mouvement é|)rou\e une résistance due à la nécessité de modifier ce champ magnétique, à la self-induction de l'c/ectron. De même que la self-in- (lurtion d'un courant d'inlensité donnée est d'autant plus grande que

(•) W. GiESK, Wied. Afin., t. XXWII, 1889, |>. 57G.

THéORIB éLEGTRONIQUE DES MÉTAUX. l63

ce courant circule dans un conducteur de plus faible section, la masse électromagnétique d^un électron doit dépendre de sa charge et de ^espace occupé par celle-ci. Nous verrons plus loin comment cette masse peut être calculée approximativement.

Ce point de vue présente Tavantage suivant sur la conception ordinaire qui donne à l'électron une masse pondérable : la conductibilité métallique dilFère de la conductibilité électroljtique en ce sens que le passage du courant dans un métal ne s^accompagne d'aucun transport (le matière et que le métal reste inaltéré, aux effets près de Joule et Je Thomson. Pour expliquer cette différence entre un métal et un élec- Iroljte, Giese suppose que l'électron conducteur vient après un faible parcours céder sa charge aux particules matérielles qu'il rencontre. Cet échange de charges est difficile à concevoir et conduit à des complicalions qu'on ne peut éviter sans introduction de nouvelles hypothèses. Il est préférable d'éviter dans la mesure du possible l'introduction de semblables échanges.

On peut y parvenir en admettant que les électrons présents dans lous les métaux sont identiques, non seulement au point de vue de leur charge mais aussi de leur masse pondérable, quoique de deux H>ries, positifs et négatifs. On évite ainsi, même en supposant difféï*«Hles les mobilités des électrons positifs et négatifs, d'introduire, si le courant passe dans un circuit entièrement métallique, des déplacei^ents de matière analogues à ceux qui se produisent dans les électrolyies (changements de concentration aux électrodes).

Cette conception nécessite que les rapports delà charge à la masse par les électrons positifs et négatifs soient deux constantes universelles, ce qui ne paraît pas s'accorder avec les propriétés optiques des métaux, si l'on tient compte des propriétés galvano et thermomagnéliques. On évite à la fois toutes ces difficultés en considérant les électrons comme dépourvus de masse matérielle.

J'ai étudié récemment (*) les propriétés optiques des métaux au [>oint de vue de la théorie des électrons et reconnu qu'il est nécessaire dans le cas de l'or et du cuivre d'admettre l'existence d'électrons liés aux molécules ou atomes matériels et occupant des positions fixes dans le métal. Ce résultat m'a conduite un examen attentif des phénomènes de conductibilité électrique et thermique, d'effet Thomson, d*électrisation de contact, de thermo-électricité, et des propriétés galvano- et thermomagnétiques pour essayer d'eu tirer des indications

( * ) P. Drudb, Phys. Zeitsch., 1. 1, 19001 p. 161.

iGj p. ORUDE.

sur le nombre des électrons libres et le nombre des électrons liés présents dans un métal, les premiers intervenant seuls dans les propriétés optiques.