CHAPITRE IV

L'atmosphère de la Lune.

Aucune question n'a été plus vivement et plus diversement controversée que celle de l'existence d'une atmosphère autour de la Lune. Sa solution devait, sans équivoque, faire savoir si notre satellite peut être habité par des êtres construits sur xme organisation analogue à la nôtre.

Nous pouvons affirmer d'abord que, s'il existe une atmosphère autour de la Lune, cette atmosphère ne donne jamais naissance à aucun nuage, comme celle au milieu de laquelle nous vivons, car ces nuages voileraient pour nous certaines portions de la surface de l'astre, et il en résulterait des variations d'aspect, des taches blanches plus ou moins étendues et douées de divers mouvements. Mais ce disque se présente toujours à nous avec le même aspect, et rien ne s'oppose jamais à ce que nous en apercevions constamment les mêmes détails.

Ainsi, nous saA'ons déjà que l'atmosphère de la Lune, si elle existe, reste toujours entièrement transparente. Mais nous pouvons aller plus loin. Toute atmosphère produit des crépuscules. Une moitié de la Lune recevant directement la lumière du Soleil, les rayons solaires qui éclaireraient les hauteurs de cette atmosphère au-dessus des régions encore dans la nuit répandraient le long du bord obscur une certaine clarté s'accroissant graduellement jusqu'à l'hémisphère éclairé. La Lune, vue de la Terre, devrait donc présenter une dégradation insensible de lumière le long du cercle

L ATMOSPHERE DE LA LUNE

terminateur. Or, il n'en est rien : la partie éclairée et la partie obscure de la Lune sont séparées l'une de l'autre par une ligne nettement tranchée. Cette ligne est plus ou moins sinueuse et irrégulière, à cause des montagnes; mais elle ne présente aucune trace de cette dégradation de lumière. On voit donc que si la Lune a une atmosphère, elle doit être très faible, puisque le crépuscule auquel elle donne lieu est tout à fait insensible.

Mais on possède un autre moyen plus précis d'apprécier l'existence de cette atmosphère. Lorsque la Lune, en vertu de son mouvement propre sur la sphère céleste, vient à passer devant une étoile, on peut constater l'instant précis de la disparition de l'étoile, et aussi l'instant précis de sa réapparition, et en conclure la durée de l'occultation de l'étoile. D'un autre côté, on peut parfaitement déterminer par le calcul quelle ligne l'étoile suit derrière le disque lunaire pendant son occultation, et en déduire le temps que la Lune emploie à s'avancer dans le ciel d'une quantité égalé à cette ligne. Or, si les rayons de lumière étaient tant soit peu dérangés de leur route par la réfraction d'une atmosphère, au lieu de disparaître à l'instant précis où la Lune vient la toucher, l'étoile resterait visible encore quelque temps après, parce que les rayons seraient infléchis par l'atmosphère lunaire; par la môme raison, l'étoile commencerait à reparaître du côté opposé du disque lunaire quelque temps avant que cette interposition de la Lune eût complètement cessé : la durée de l'occultation serait donc nécessairement diminuée par cette cause. Mais on trouve généralement uneégalité complète entre le calcul et l'observation. On a pu reconnaître par là que l'atmosphère de la Lune, s'il en existe une, est moins dense au bord visible de l'hémisphère lunaire que l'air qui reste dans le récipient de nos meilleures machines pneumatiques, lorsqu'on y a fait le vide.

D'un autre côté encore, lorsque la Lune passe devant le Soleil et l'éclipsé, son contour se présente toujours absolument net et sans pénombre.

L'analyse spectrale a été appliquée avec un soin tout particulier à la recherche des traces de l'atmosphère lunaire. Si cette atmosphère existe, il est évident que les rayons solaires la traversent une première fois avant d'atteindre le sol lunaire, et une seconde fois

LATMOSPHEHE DE LA LUNE

en se réfléchissant vers la Terre. Le spectre formé par la lumière de la Lune devrait donc présenter les raies d'absorption ajoutées au spectre solaire par cette atmosphère. Or, toutes les observations faites prouvent que la Lune renvoie simplement la lumière solaire comme un miroir, sans que la moindre atmosphère sensible la modifie en quoi que ce soit.

Un autre moyen de découvrir l'existence d'une atmosphère quelconque de vapeurs, brouillards, etc., sur le bord de la Lune, c'est d'examiner le spectre d'une étoile au moment d'une occultation. Le moindre gaz modifierait la couleur de ce spectre, ainsi que certaines lignes, et il ne disparaîtrait pas instantanément sans avoir éprouvé la plus légère modification. Or, une observation de ce genre s'est présentée le 4 janvier 1865 : la Lune passait devant l'étoile e des Poissons. M. Huggins a examiné le spectre avec la plus minutieuse attention au moment de l'entrée de l'étoile derrière le disque de la Lune. Le spectre disparut, non pas instantanément, mais comme si un écran opaque égal en longueur avait été passé rapidement devant lui dans la direction de sa largeur : aucune variation, ni dans le bleu, ni dans le rouge, ni dans les raies, ne s'est produite. C'est une nouvelle preuve que si l'atmosphère lunaire existe, elle n'est pas sensible au bord de la Lune.

Tels sont les faits qui militent contre l'existence d'une atmosphère lunaire. Après les avoir exposés, il importe maintenant de déclarer qu'ils ne sont pas suiïîsants pour prouver l'absence totale d'air à la surface de notre satellite, et de faire connaître certaines observations qui tendent au contraire à montrer qu'il pourrait bien exister là quelque atmosphère, faible et basse, mais réelle. On se croit généralement en droit d'enseigner qu'il ne peut y avoir là même l'ombre d'une atmosphère, et qu'il ne peut s'y produire aucune manifestation vitale analogue aux nôtres. Cette proposition est beaucoup trop générale. Exposons les faits observés :

Dès la tin du siècle dernier, Schrœter a remarqué que les cimes des montagnes lunaires qui se présentent sur le bord non éclairé comme des points détachés, sont d'autant moins lumineuses qu'elles se trouvent à une plus grande distance de la ligne de séparation d'ombre et de lumière, ou, ce qui revient au même, suivant que les rayons éclairants ont rasé le sol lunaire sur une plus grande étendue.

L'ATMOSPHLKE DE LA LUNE

Pendant qu'il observait, un soir, le mince croissant de la Lune, deux jours et demi après la nouvelle Lune, il s'avisa de rechercher si le contour obscur de cet astre, celui qui ne pouvait recevoir que la lueur cendrée, se montrerait tout à la fois, ou seulement par parties, devant l'affaiblissement de notre crépuscule : or il arriva que le bord obscur se montra d'abord dans le prolongement de chacune des deux cornes du croissant, sur une longueur de 1' 20" et une largeur d'environ 2", avec une teinte grisâtre très faible, qui perdait graduellement de son intensité et de sa largeur en s'avançant vers l'est. Au même moment, les autres parties du bord obscur étaient totalement invisibles, et cependant, comme plus éloignées de la portion éblouissante du croissant, on aurait dû les voir les premières. Une lueur réfléchie de l'atmosphère de la Lune sur la portion de cet astre que les rayons solaires n'atteignaient pas encore directement, une véritable lueur crépusculaire, semble seule pouvoir expliquer ce phénomène.

Schrœter trouva, par le calcul, que l'arc crépusculaire de la Lune, mesuré dans la direction des rayons solaires tangents, serait de 2* 34', et que les couches atmosphériques qui éclairent l'extrémité de cet arc devraient être à 452 mètres de hauteur.

Une observation du même genre a été faite, en 1876, à l'Observatoire de Paris, par MM. Paul et Prosper Henry. Ils ont constaté qu'une lueur crépusculaire continue les cornes du croissant éclairé et reste visible en dehors du disque obscur, lueur très mince à la vérité, mais dont ils ont constaté la présence certaine dans des conditions particulières de transparence atmosphérique.

D'un autre côté, en discutant attentivement 295 occultations soigneusement observées, l'astronome Âiry en a conclu que le demi-diamètre lunaire est diminué de 2",0 dans la disparition des étoiles derrière le côté obscur de la Lune, et de 2", 4 dans leur réapparition également au bord obscur. Les observations relatives aux occultations près du bord lumineux donnent de plus fortes valeurs pour le demi-diamètre qu'on ne l'eût attendu à priori, tant à cause de l'extrême délicatesse de ces constatations que de l'irradiation du bord lunaire, qui éteint la lumière de l'étoile avant le contact. D'après ces analyses on ne ferait pas d'erreur sensible en admettant que le demi-diamètre conclu des occultations est inférieur de 2" au demi-diamètre télescopique.

Cet excès du diamètre télescopique est généralement attribué à l'irradiation, qui l'agrandit à la vue. « Cependant rien ne prouve que l'atmosphère lunaire n'entre pas pour quelque chose dans la différence, dit, avec raison, M. Neison; et si l'on compare le diamètre si sûr déterminé par Hansen à celui qui est conclu des occultations observées de 1861 à 1870, on trouve une correction de — 1",70, qui ne paraît pas devoir être raisonnablement attribuée à l'irradiation. Il serait plus satisfaisant d'ad-

L'ATMOSPHÈRE DE LA LUNE

mettre que la réfraction horizontale d'une atmosphère lunaire entre dans cet effet pour 1". Les demi-diamètres lunaires, calculés dans les éclipses totales de soleil, où l'irradiation de la Lune est nulle, et au contraire où la lumière splaire diminue la largeur de la Lune noire, s'accordent avec cette hypothèse en montrant que l'effet de l'irradiation n'est pas supérieur à une demi-seconde. » Telle était aussi l'opinion d'Airy, l'ancien directeur de l'Observatoire royal d'Angleterre.

D'un autre côté, l'absence de réfraction que nous avons exposée tout à l'heure n'est pas absolue. Que dans les occultations ont ait vu des étoiles se projeter sur le disque de la Lune, c'est un fait incontestable, et la meilleure explication est celle qui attribue le fait à une atmosphère existant surtout sur l'hémisphère ([ue nous ne voyons pas, et qui serait amenée de temps en temps vers le bord de la Lune par la libration : dans ce cas, et dans ce cas seulement, la projection des étoiles occultées se produirait. En voici plusieurs exemples :

Lors de l'occultation de l'étoile a- du Taureau, le 28 mars 1868, l'astronome Plummer attendit le phénomène spécialement dans ce but, et il fut émerveillé lui-même de son observation. Le côté obscur de la Lune, dit-il, était visible par le clair de Terre ; l'éloile arriva en contact avec le bord, entra sur le disque et y resta au moins 5 secondes, à une distance étonnante du bord. La libration était, ce jour-là, de 8°JG'.

Le 14 octobre 1870, la même étoile fut occultée par le bord lumineux de la Lune, et elle se projeta également dans l'intérieur du disijue lunaire. Observateur : M. Ghristie, à Greenwich. La libration était de 5°3'.

Le 4 avril 1854, Castor fut occulté aussi par le l)ord brillant, se projeta dans la Lune et y resta 4 secondes. Observateur : M. Dunivin, à Greenwich. Libration = 4°G'.

Le 19 mars 186(3, l'étoile 31 du Bélier fut occultée par le bord sombre. M. Talmage l'observa projetée dans le disque. La libration était de 3°2T.

A l'occultation de Régulus, arrivée le IQ mai 1858, deux observateurs virent cette brillante étoile projetée pendant 5 secondes dans l'intérieur du disque lunaire. La libration était de 7° 10'.

Le 24 mai 1860, Jupiter fut occulté par la Lune. Le capitaine Noble, qui l'observait attentivement en Angleterre, remarqua, à la réapparition de la planète, que pendant plusieurs secondes une ombre foncée borda e.xtérieurement le bord lunaire à l'endroit où elle sortait. Jupiter était déjà émergé des deux tiers. Le même astronome avait remarqué un fait

Fig. 217. — Occiillation de Jupiter par la Lune, le 21 mai I8ii0.

L'ATMOSPHERE DE LA LUNE

analogue dans une occultation de Mars, arrivée le 13 octobre 1857. C'était en plein soleil, à 5 heures du soir; on distinguait les bandes de Jupiter ; les satellites étaient invisibles.

La même observation a été faite, indépendamment, par M. Thomas Gaunt : il a vu la ligne sombre du double plus large que les bandes de Jupiter pendant les deux derniers tiers du temps de l'émersion. A l'entrée, Jupiter parut éclairer le bord obscur de la Lune par derrière, car on distinguait ce bord jusqu'à environ 3 diamètres de la planète.

Le 12 mai 1874, la Lune étant totalement éclipsée, une étoile de huitième grandeur, qui fut occultée par elle, se projeta légèrement en dedans du bord avant de disparaître.

Il est plus naturel de supposer que ces faits sont causés par une atmosphère que d'imaginer qu'il y aiteu justement des vallées lunaires creusées au bord du disque aux points où ces projections ont eu lieu.

Parmi les exceptions aux disparitions instantanées d'étoiles derrière le bord de la Lune, dans les occultations, on peut encore signaler les suivantes, extraites des observations faites par M. John Tebbut à Windsor (Nouvelles-Galles du Sud) :

9 mai 1867 Disparition pas tout à fait subite.

2 mars 1868 Disparition graduelle.

27 avril 1868 Graduelle.

28 avril 1868 Graduelle.

l"juin 1868 Presque graduelle.

26 septembre 1868. . . . Graduelle.

22 octobre 1808 Pas tout à fait instantanée.

27 octobre 1868 Pas tout à fait instantanée.

6 décembre 1808. . . . Graduelle.

10 décembre 1868. . . . Non instantanée. 4 juillet 1870 Graduelle.

Voici maintenant un autre genre d'observations :

Le 29 septembre 1875, M. Noble, qui pendant une longue série d'années a été frappé par l'absence de réfraction dans les occultations d'étoiles et de planètes qu'il a observées, examinant, en compagnie de deux autres personnes, l'éclipsé partielle du soleil, fut tout surpris, ainsi que ses deux compagnons, de voir qu'aux deux extrémités de la courbe de contact de la Lune éclipsant le Soleil, le bord solaire était légèrement rejeté en deux petites pointes {fig. 218). Le 17 mai 1882,1e même observateur a revu le même etfet pendant l'éclipsé de soleil de ce jour-là. Craignant une illusion d'optique, il changea l'oculaire de sa lunette et projeta l'image du Soleil sur un écran : les deux petites pointes lumineuses étaient parfaitement visibles.. — Cette observation s'ajoute aux précédentes en faveur de l'existence d'une faible atmosphère lunaire.

Pendant cette même éclipse de soleil, qui était totale en Egypte, et que plusieurs astronomes sont allés observer sur les bords du Nil, k. Thollon

L'ATMOSl'Hf;iiE DE LA lANE

a remarqué un épiiississeuieiit des raies du spectre sulairr [p;iniissanl indi(iuer une absuriition due à rintlut'iice d'une légère atmosphère lunaire.

Maintenant, quelle serait l'étendue d'une atmosplirre lunaire qui produirait une réfraction horizontale de 1"? Notre satellite est dans une condition singulière de densité, de pesanteur et de température. Sa surface passe tour à tour d'une chaleur torride à un froid clacial, comme nous l'avons vu. La température maximum du boi'd occidental arrive vers le huitième jour de la lunaison, et sa température minimum environ deux jours après la pleine Lune ; tandis que la température maximum du bord oriental arrive le lendemain du der- ,,^ ...^ ,,„,„„, „,,,„^.,., ,„^ ,„,^ j^. ,^ ^une

nier quartier, et sa tempe- pendant une éclipse, le -29 septembre 187j.

rature minimum deux jours avant la pleine Lune.

La hauteur de l'atmosphère lunaire pourrait être d'environ 32 kilomètres, d'après les calculs de M. Neison; sa densité, à la surface, à 0 degré de température et à la pression ordinaire, serait de -~^o comparativement à la densité de l'atmosphère terrestre au niveau de la mer et à zéro. Cette atmosphère donnerait au bord lunaire les réfractions suivantes :

Température de la surfuce.

Bord non écIainV

Boni (■claire.

Réfraction

horizontale.

Un tel état de choses serait d'accord avec les différentes observations faites dans les occultations, et aucun fait ne contredit cette hypothèse. L étendue de cette atmosphère sera mieux comprise si nous remarquons que son poids, sur une surface d'un mille carré (1609 mètres de côté\ serait d'environ 400 millions de kilogrammes. Elle serait en proportion de la masse de la Lune, un huitième de ce qu'est l'atmosphère terrestre en proportion de la Terre.

Une telle atmosphère n'est pas insigniflante, et elle peut exister.

L'ATMOSPHÈRE DE LA LUNE

Après l'exposé de ces observations, remarquons maintenant que la Lune pourrait posséder une espèce d'atmosphère toute différente de la nôtre.

Notre air est un mélange d'oxygène et d'azote, non une combinaison chimique de ces gaz, et il n'y a aucune nécessité pour que la proportion du mélange soit telle qu'elle est. Cette proportion pourrait être toute différente dans l'atmosphère d'un corps céleste. On peut même concevoir une atmosphère composée d'autres gaz. L'acide carbonique, par exemple, qui n'existe qu'en très faible quantité dans notre atmosphère, pourrait former la majeure partie de la composition d'une autre. Il ne serait même pas étonnant que ce gaz, qui se dégage de la plupart des opérations de la chimie minérale, et en particulier des volcans, existât à la surface de notre satellite et s'écoulât vers les bas niveaux, comme il arrive ici dans les régions volcaniques, telles que la grotte du Chien, près de Naples. Ce gaz subsiste longtemps après les éruptions, comme nous le voyons aussi en Auvergne. La teinte sombre et variable de certains cirques et de certaines vallées, attribuée très rationnellement à des végétaux, s'expliquerait parfaitement ainsi. Il se pourrait aussi qu'il y eût là des gaz tout à fait inconnus de nous.

Mais il faut remarquer que la densité de l'air sur une planète quelconque dépend de l'attraction de la planète. Tout poids sur la Terre serait doublé si l'attraction terrestre était doublée, et diminué de moitié si cette attraction était diminuée de moitié, et ainsi de suite ; or ce fait s'applique aussi bien à l'atmosphère qu'à tout autre substance. Si la gravité terrestre était réduite à celle de la Lune, la pression atmosphérique et la densité de l'air seraient réduites au sixième de leur état actuel; une quantité donnée d'air, au niveau de la mer, occuperait plus d'espace, et l'atmosphère entière se dilaterait dans une proportion correspondante : elle s'élèverait six fois plus haut. Si donc il y avait sur la Lune une atmosphère constituée comme la nôtre, cette atmosphère serait six fois plus élevée que la nôtre : au niveau moyen des plaines lunaires, la pression serait égale au sixième de celle de notre air au niveau de la mer. Ainsi, lors même que les Sélénites auraient autant d'air par mètre carré que nous, ils auraient néanmoins une atmosphère beaucoup plus rare : ce serait encore une atmosphère irrespirable pour nous. Si