PRINCIPES OPTIQUES DE LA POLARIMÉTRIE

Nous allons passer maintenant à la polarimétrie.

Dans les recherches de polarimétrie, on suppose toujours l'observateur au centre d’une sphère dont le soleil est un des pôles, et l’anti-soleil l’autre pôle. Cette sphère a son méridien et son équateur, qui jouissent des propriétés qui caractérisent ces grands cercles.

Supposons donc l’axe du tube objectif dans le plan du

(1) Voyez la note 16.

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méridien, la pile également, et de plus rectangulaire avec le rayon incident; supposons enfin que l'index de loculaire pointe au zéro du cercle gradué. Si maintenant, à l’aide de l'articulation verticale on promène le tube objectif successivement par tous les points du méridien de la sphère optique que nous considérons, voici ce que l’on observe; les rayons provenant directement du soleil, et ceux qui en sont peu distants, ne donnent aucuns signes de polarisation, et conséquemment aucune coloration dans les images; mais à mesure que s'agrandit l'angle du rayon vecteur avec les rayons directs du soleil, les signes de polarisation se prononcent et la coloration apparaît. L'image extraordinaire se colore en bleu et l’image ordinaire prend la teinte complémentaire jauneorangé.

L’intensité des teintes s’accroit jusques vers 90 degrés, c’est-à-dire jusques vers le point d’intersection du méridien et de l’équateur ; puis elle décroît jusque vers 150 degrés. Arrivé là on trouve le point neutre dont on doit la découverte à M. Arago. Au-delà la polarisation se reproduit encore, mais en sens opposé, C'est-à-dire que le plan de polarisation de ces nouveaux rayons polarisés est perpendiculaire au plan de polarisation des précédents; conséquemment ce n'est plus l’image extraordinaire qui est colorée à bleu, c’est l’image ordinaire.

Ce singulier changement dans le plan de polarisation des rayons réfléchis résulte de ce que cette portion du ciel ne renvoie plus les rayons provenant directement du soleil en aussi grande quantité que les rayons provenant des différents points éclairés à l'horizon. Conséquemment le point neutre de M. Arago résulte bien évidemment de

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la réunion de rayons égaux polarisés rectangulairement, car de semblables rayons se conduisent comme des rayons de lumière naturelle. M. Arago a remarqué du reste que ce point ne correspond pas toujours au plan vertical pas- Sant par le soleil, mais qu’il se trouve quelquefois déjeté à droite ou à gauche, quand la réflexion est altérée dans un des secteurs réfléchissants , soit que cette altération provie nne de la présence des nuages, ou de celle des vapeurs disséminées, ou du voisinage d’une montagne, etc.

Nous n’entrerons pas dans plus de détails à ce sujet; nous nous contenterons de renvoyer le lecteur aux travaux originaux de M. Arago, ainsi qu’a ceux de MM. Quetelet et Delezenne (1).

Un second point neutre a été trouvé par M. Babinet, 30 degrés environ au-dessus du soleil couchant ; un troisième par M. Brewster, au-dessous du soleil couchant; mais ces deux points neutres sont assez difficiles à observer. | |

Tous ces points neutres du reste n'existent que dans le méridien ou dans les grands cercles qui s’en éloignent fort peu. |

Nous avons supposé que la pile était placée dans le plan du méridien, et qu’elle se présentait perpendiculairement au rayon incident. Si pendant le mouvement imprimé à la lunette le long du méridien, on incline cette pile sur l’axe du faisceau lumineux , on voit l'intensité des couleurs diminuer, en un mot la pile alors dépolarise le rayon atmosphérique, Toutes fois elle le dépolarise inégalement,

(1) Voyez la Correspondance malhemalique de M. Quetelet, t. 1 p. 275 et 336,

200 CYANO-POLARIMÉTRIE,

suivant le sens qu’on donne à son inclinaison; car si on l'incline vers le soleil, elle dépolarise rapidement et comp'étement, tandis que si on l’incline dans l’autre sens, vers le pôle opposé, elle dépolarise beaucoup moins et souvent elle dépolarise fort peu.

Si maintenant l’on tourne le tube de la lunette dans son collier de manière que le plan de la pile soit perpendiculaire au méridien, et si, dans cette nouvelle position, on incline la pile sur le rayon incident, l’intensité des teintes augmente, au lieu de diminuer comme dans le cas précédent. Ainsi, dans la première position, celle de la pile dans le plan du méridien optique, la pile en s’inclinant dépolarisait les rayons de l’atmosphère; dans la seconde, au contraire, elle ajoute de nouveaux rayons polarisés à ceux qui existaient déjà (1).

Au lieu de placer l'instrument dans le plan du méridien, l'observateur peut le placer dans le plan de l’équateur ; supposons donc le tube objectif du polarimètre dans le plan de l’équateur, supposons que la pile y soit également, et qu’elle se présente perpendiculairement aux rayons incidents ; si maintenant on promène l'instrument par tous les points de l’équateur, depuis le point maximum qui a lieu sur le méridien à l'intersection de ces deux grands cercles jusqu’à l'horizon, on trouve que l’image extraordinaire est colorée en bleu; de plus qu’elle conserve la même intensité dans tout le parcours du cercle équatorial; seulement en approchant de l'horizon, la teinte s’affaiblit un peu, à cause des vapeurs répandues dans les couches d’air

(1) Voyez la note 17.

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trop voisines de la surface du globe. Nous avons supposé la pile dans le plan de l’équateur et perpendiculaire aux rayons incidents ; sk on lincline sur ces rayons, on augmente l'intensité des couleurs ; si au contraire on la place perpendiculairement à ce plan, son inclinaison dépolarise les rayons atmosphériques et décolore les images.

Ainsi, dans les deux grands cercles rectangulaires que nous venons d'étudier, l’un formant le méridien de la sphère optique, et l’autre formant son équateur, le rayon extraordinaire est bleu , le rayon ordinaire a la teinte complémentaire jaune-crangé ; la pile ajoute à la polarité atmosphérique quand elle est parallèle à l’équateur, tandis, au contraire, qu’elle dépolarise quand elle lui est perpendiculaire.

Quant à l’horizon, si on l’examine au moment du lever ou du coucher du soleil, on trouve que la coloration est nulle pour les rayons qui proviennent directement de cet astre, qu’elle s'accroît jusque vers 90 degrés, qu’elle diminue ensuite jusque vers 180 degrés où elle est à son minimum, qu’elle reprend de nouveau jusque vers 270 degrés où se trouve un second maximum, pour disparaître quand on se retrouve dans les rayons trop directs du soleil. |

D’après ce qui précède, on voit qu’on trouve toujours le maximum de coloration dans l’image extraordinaire à 90 degrés du soleil ; or, il est évident qu’il en devait être ainsi, puisque l'angle de polarisation maximum pour l'air est précisément de 45 degrés.

Si l’on vise avec le tube objectif du polarimètre vers un point du ciel situé en dehors du méridien et de l’équateur optiques, le bleu de l’image extraordinaire est altéré ; il

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se violace, ou au contraire il verdit, selon le sens du déplacement, Ge changement dans la teinte des images , indique un changement équivalent dans le plan du réflecteur ou polariseur (1). Pour retrouver le bleu, il faut tourner le prisme biréfringent d'une quantité angulaire égale à la déviation angulaire supposée du réflecteur, afin de remettre la section principale de ce prisme dans le même rapport qu’elle avait avec le plan du rayon polarisé avant cette déviation du réflecteur ; on tourne donc le tube oculaire qui porte le prisme biréfringent, jusqu’à ce qu’on ait retrouvé le bleu ; puis on note avec soin le nombre de degrés dont on l’a tourné, car c’est cette notation qui donne la position du plan de polarisation dans le point de l’atmosphère que l’on étudie. ‘

La rotation que l’on a imprimée à l’oculaire pour ramener l’image extraordinaire au bleu, a malheureusement détruit en même temps le bleu de l’image ordinaire qui provient de la pile et de l’autre lame de quartz, c’est-à-dire le bleu qui va servir de point de comparaison; il faïlait donc trouver le moyen de reproduire le bleu normal de l’image ordinaire.

Pour parvenir à ce résultat, Peltier recouvrit la bonnette de gauche et sa lame de quartz d’une autre bonnette, tournant à frottement doux. Dans cette nouvelle bonnette il sertit une lame de mica d’une épaisseur suflisante pour ramener l’image au bleu normal en tournant la bonnette sur elle-même, et plaçant par ce moyen la

(1) Voyez la note 18.

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Section principale de la lame de mica dans le plan nécessaire pour obtenir ce rappel au bleu.

OPÉRATIONS NÉCESSAIRES POUR PRENDRE UNE OBSERVATION DE POLARIMÉTRIE AVEC LE CYANO-POLARIMÈTRE DE PELTIER.

Il ne nous reste plus qu’à exposer avec détail, les opérations à faire pour prendre une observation de polarimétrie avec l'instrument de Peltier.

Au moyen de la boussole et de la connaissance de la. déclinaison de l'aiguille aimantée pour le lieu où l’on se trouve, on place le zéro du cercle azimutal dans le méridien terrestre vers le nord; ceci fait, on nivelle le cercle azimutal au moyen des niveaux d’eau et des vis à caler. On tourne ensuite l’appareil pour prendre l’image du so- - leil sur l’écran du chercheur : le cercle azimutal et celui des hauteurs donnent la position de cet astre. Si le soleil était caché par un nuage, au moyen de la connaissance des temps, de l'heure et de la latitude du lieu, on déterminerait les positions.

Quand la position du soleil est déterminée, on tourne l'appareil dans le plan du point que l’on veut étudier, puis on incline la lunette sur son articulation verticale, jusqu’à la hauteur nécessaire ; on prend également l’angle azimutal et la hauteur de ce point. La bonnette de droite est armée de sa lame de quartz, la bonnette de gauche également, mais on a eu soin d’en retirer la lame de mica. On incline par avance, la pile de glaces à l’angle que l'on considère comme l’angle donnant le maximum de coloration bleue dans l’image ordinaire. Soit cet angle de 35° avec le rayon émergent, ou de 55° avec la normale à ce rayon. Enfin on place en avant de la pile, l'écran en pa-

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pier végétal huilé dont nous avons parlé dans la description de l'appareil.

Si les deux images que donne l’ouverture de droite, sont droites et incolores, il n’y a pas de polarité atmosphérique en ce moment pour le point qu’on examine. On écrit O dans la colonne du registre destiné aux intensités de polarisation ; on écrit également O dans la colonne réservée aux indications du plan de polarisation, et l’observation est terminée.

Si au contraire, les images sont colorées, cela prouve que la lumière qui provient du point étudié est polarisée au moins en partie; or, dans ce cas, l’image extraordinaire pourra être colorée en bleu, ou bien présentera une teinte différente du bleu.

Si le rayon atmosphérique donne une teinte bleue à l'image extraordinaire dé l’ouverture de droite, on relève la pile de glaces, jusqu’à ce qu’on ait la même teinte dans l’image ordinaire donnée par l'ouverture de gauche. Quand on a obtenu cette égalité de teinte, on prend note de l’angle que la pile fait avec la normale au rayon, puis, à l’aide d’une proportion analogue à celle dont nous avons donné un exemple dans la cyanométrie, on détermine la quantité de lumière polarisée.

Si l’image extraordinaire donnée par l'ouverture de droite est colorée d’une autre teinte que le bleu, on l'y ramène en tournant le tube oculaire; puis on écrit dans la colonne spéciale au plan de polarisation, le nombre de degrés dont il a fallu tourner la section principale du prisme biréfringent, pour reproduire le bleu. Mais cette rotation à détruit le bleu de l’image ordinaire de l’ouverture de gauche, celui qui sert de point de comparaison.

CYANO-POLARIMETRIE. 205 . Pour le ramener, on place la lame de mica en avant de la lame de quartz, et on la tourne tout doucement jusqu’à ce qu’on ait retrouvé le bleu normal; ceci fait, on redresse la pile jusqu’au degré nécessaire pour obtenir l’égalité de teinte dans l’image ordinaire de l’ouverture de gauche, et dans l’image extraordinaire de l'ouverture de droite. Quand on a obtenu cette égalité, on note l’angle que la pile fait avec la normale au rayon, puis à l’aide d’une proportion, on détermine la quantité de lumiere. polarisée qui existe dans le point de l’atmosphère que l’on observe en ce moment,

En résumé, dans ce dernier cas, qui est le plus compliqué, voici les opérations nécessaires pour prendre une observation compléte : 1° déterminer l’angle azimutal et la hauteur du soleil; 2 déterminer l’angle azimutal et la hauteur du point qu’on veut étudier; 3° déterminer le plan polariseur de l'atmosphère, 4 enfin déterminer le degré de polarité (1).

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(1) Voyez la note 19.

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