PERFECTIONNEMENTS DES MOYENS D'OBSE R V AT I ON

Les perfectionnements apportés par Herschel dans la construction et dans le maniement des télescopes ont contribué trop directement aux découvertes dont ce grand observateur a enrichi l'astronomie, pour que nous puissions hésiter à les placer en première ligne.

Je lis le passage suivant dans un Mémoire deLalande, imprimé en 1783, et faisant partie de la préface du tome vin des Éphémérides des mouvements célestes :

« Chaque fois qu'Herschel entreprend dépolir un miroir (de télescope), il en a pour dix, douze, quatorze heures d'un travail continu. 11 ne quitte pas un instant son atelier, même pour manger, et reçoit de la main de sa sœur les aliments sans lesquels on ne pourrait supporter une si longue fatigue. Pour rien au monde Herschel n'abandonnerait son travail ; suivant lui , ce serait le gâter. »

Les avantages qu'Herschel avait trouvés en 1783, 1784 et 1785, dans l'emploi de télescopes de vingt pieds (6,u) à larges diamètres, lui firent désirer d'en construire de beaucoup plus grands encore. La dépense devait être considérable; le roi George III y pourvut. Le travail, commencé vers la fin de 1785, a été fini en août 1 789. Cet instrument avait un tuyau cylindrique en fer, de trenteneuf pieds quatre pouces anglais de long ( 12 mètres) , et de quatre pieds dix pouces de diamètre (1"\47). De telles dimensions sont énormes, comparées à celles des télescopes exécutés jusque-là. Elles paraîtront cependant bien mesquines aux personnes qui ont entendu par-

1er d'un prétendu bal donné dans le télescope de Slough. Les propagateurs de ce bruit populaire avaient confondu l'astronome Herschel avec le brasseur Meux, et un cylindre dans lequel l'homme de la plus petite taille pourrait à peine se tenir debout , avec certains tonneaux en bois , grands comme des maisons, où l'on fabrique, où l'on conserve la bière à Londres.

Le télescope d' Herschel de trente-neuf pieds anglais (12 mètres) de long, permit de réaliser une idée dont les avantages seraient peu appréciés si je ne rappelais ici quelques faits.

Dans toute lunette ou télescope, il y a deux parties principales : la partie qui engendre les images aériennes des objets éloignés, et la petite loupe à l'aide de laquelle on grossit ces images, tout comme si elles étaient de la matière rayonnante. Lorsque l'image est produite à l'aide d'un verre lenticulaire, le lieu qu'elle occupe se trouve situé sur le prolongement de la ligne qui va de l'objet au centre de la lentille. L'astronome, armé d'une loupe, qui désire examiner cette image, doit nécessairement se placer au delà du point où les rayons qui la forment se sont croisés : au delà, qu'on le remarque bien, veut dire plus loin de la lentille objective. La tête de l'observateur, son corps, ne peuvent donc nuire à la formation et à l'éclat de l'image, quelque petite que soit la distance à laquelle on doive l'étudier. Il n'en est plus ainsi de l'image formée par voie de réflexion. Cette image est alors située entre l'objet et le miroir réfléchissant; l'astronome, quand il s'en approche pour l'examiner , intercepte inévitablement, sinon la totalité, du moins une très-notable partie

des rayons lumineux qui sans cela auraient contribué à lui donner un grand éclat. On comprendra maintenant pourquoi dans les instruments d'optique où les images des objets éloignés s'engendrent par la réflexion de la lumière, on s'est vu obligé de porter ces images, à l'aide d'une seconde réflexion, hors du tuyau qui contient et maintient le miroir principal. Quand le petit miroir à la surface duquel cette seconde réflexion s'opère, est plan et incliné de /|5° sur l'axe du télescope; quand l'image est rejetée latéralement dans une ouverture située au bord du tuyau et portant la loupe oculaire; quand, en un mot, l'astronome vise définitivement suivant une direction perpendiculaire à la ligne qu'ont parcourue les rayons lumineux venant de l'objet et aboutissant au centre du grand miroir, le télescope est dit newtonien. Dans le télescope grégorien , l'image formée par le miroir principal tombe sur un second miroir très-petit , légèrement courbe, parallèle au premier. Le petit miroir rejette la première image au delà du grand miroir , par une ouverture que l'artiste a pratiquée au milieu de ce miroir principal.

Dans l'un et dans l'autre de ces télescopes, le petit miroir interposé entre l'objet et le grand miroir, forme pour ce dernier une sorte d'écran qui empêche la totalité de sa surface de contribuer à la formation de l'image. Le petit miroir joue encore, sous le rapport de l'intensité, un autre rôle très-fâcheux.

Supposons, pour fixer les idées, que la matière dont les deux miroirs sont formés réfléchisse la moitié de la lumière incidente. Dans l'acte de la première réflexion, l'immense quantité de rayons que l'ouverture du télescope

avait reçue, peut être considérée comme réduite à moitié. Sur le petit miroir l'affaiblissement n'est pas moindre. Or, la moitié de la moitié, c'est le quart. Ainsi, l'instrument enverra à l'œil de l'observateur le quart seulement de la lumière incidente que son ouverture avait embrassée. Une lunette, ces deux causes d'affaiblissement n'y existant pas, donne aux images, à parité de dimensions, quatre fois plus d'éclat qu'un télescope newtonien ou grégorien.

Dans son grand télescope, Herschel a supprimé le petit miroir. Le grand miroir n'est pas mathématiquement centré sur le tuyau qui le contient : il y est placé un peu obliquement. Cette légère obliquité est telle que les images vont se former, non plus dans l'axe du tuyau, mais trèsprès de sa circonférence, ou, si l'on veut, de sa bouche extérieure. L'observateur peut donc aller les y observer directement à l'aide d'un oculaire. Une petite portion de la tête de l'astronome empiète alors, il est vrai, sur le tuyau ; elle y forme écran , et arrête quelques rayons incidents. Mais dans un grand télescope, la perte n'est pas à beaucoup près de moitié, comme elle le serait inévitablement par l'effet du petit miroir.

Ces télescopes où l'observateur, placé à l'extrémité antérieure du tuyau, regarde directement dans le miroir en tournant le dos aux objets, Herschel les a appelés front-view télescopes (télescopes à vue de front, de face). Dans le Lxxvr2 volume des Transactions philosophiques , il dit que l'idée de cette construction se présenta à lui dès l'année 1776, et qu'il l'appliqua alors sans succès à un télescope de 10 pieds (3m) ; que, pendant l'année 1784,

il en fit un essai, également infructueux, sur un télescope de 20 pieds (0m). Je trouve cependant que, le 7 septembre 1784, un front-view lui servait à observer des nébuleuses et des groupes d'étoiles. Quoi qu'il en soit de ces diverses dates, on ne pourrait sans injustice se dispenser de remarquer, qu'un télescope front-view était déjà décrit en 1732, dans le vxe volume du recueil intitulé : Machines et inventions approuvées par V Académie des sciences. L'auteur de cette innovation est Jacques Lcmaire, qu'on a confondu à tort avec le jésuite anglais Christophe Maire, collaborateur de Boscowich dans la mesure de la méridienne comprise entre Rome et Rimini. Jacques Lemaire n'ayant en vue que des télescopes de dimensions modérées, était obligé, pour ne rien sacrifier de la lumière, de dévier le grand miroir de manière que l'image engendrée par sa surface tombât tout à fait en dehors du tuyau de l'instrument. Une si forte inclinaison aurait certainement déformé les objets. La construction front-view n'est admissible que pour de très- grands télescopes.

Je trouve dans les Transactions de 1803, qu'Herschel employait quelquefois pour les observations du Soleil , des télescopes dont le grand miroir était en verre. C'est d'un télescope de cette espèce qu'il fit usage pour le passage de Mercure du 9 novembre 1802. Il avait 7 pieds anglais de long (2m.13) et 6 pouces trois dixièmes (0,n.16) de diamètre.

Les astronomes praticiens savent pour quelle large part les pieds des lunettes et des télescopss contribuent à l'exactitude des observations. La difficulté d'une installa-

tion solide et cependant très-mobile augmente rapidement avec les dimensions et le poids des instruments. On peut donc concevoir qu'Herschel eut à surmonter bien des obstacles pour établir convenablement un télescope dont le seul miroir pesait plus de 1000 kilogrammes. Ce problème, il le résolut, à son entière satisfaction, à l'aide d'une combinaison de mâts, de poulies, de cordages dont on aura une idée exacte en se reportant à la figure que nous en donnons dans notre Traité d'Astronomie populaire (t. i, p. 161). Ce grand appareil et les pieds d'un tout autre genre qu'Herschel imagina pour les télescopes de moindres dimensions, assignent à cet illustre observateur une place distinguée parmi les plus ingénieux mécaniciens de notre temps.

Les personnes du monde, je dirai même la plupart des astronomes, ne savent pas quel rôle le grand télescope de trente-neuf pieds a joué dans les travaux, dans les découvertes d'Herschel. On ne se trompe pas moins quand on imagine que l'observateur de Slougb se servait sans cesse de ce télescope, qu'en soutenant, avec M, de Zach (voyez Monatliche Correspondes, januar 1802), que l'instrument colossal n'a été d'aucune utilité, qu'il n'a pas servi à une seule découverte, qu'on doit le considérer comme un simple objet de curiosité. Ces assertions sont formellement contredites par les propres paroles d'Herschel. Dans le volume des Transactions philosophiques de l'année 1795 (page 350) , je lis, par exemple : « Le 28 août 1789 , ayant dirigé mon télescope (de 39 pieds) vers le ciel , je découvris le sixième satellite de Saturne, et j'aperçus les taches de cette planète, mieux que je m.— m. 26

402 HERSCHELo

n'avais pu le faire jusque-là. » (Voir aussi, quant à ce sixième satellite, les Transactions philosophiques de \ 790, page 10.) Dans ce même volume de 1790, page 11 , je trouve : « La grande lumière de mon télescope de trenteneuf pieds était alors si utile, que le 17 septembre 1789, je remarquai le septième satellite, situé alors à sa plus grande élongation occidentale. »

Le 10 octobre 1791 , Herschel vit l'anneau de Saturne et le quatrième satellite en regardant à l'œil nu, sans oculaire d'aucune sorte, dans le miroir de son télescope de trente-neuf pieds.

Disons les vrais motifs qui détournaient Herschel de se servir plus souvent de l'immense télescope de trente-neuf pieds. Malgré la perfection du mécanisme , la manœuvre de cet instrument exigeait le concours continuel de deux hommes de peine et celui d'une personne chargée de prendre l'heure à la pendule. Dans les nuits à changements de température un peu considérables, le télescope, à cause de sa grande masse, était toujours en retard thermométrique sur la variation que subissait l'atmosphère, ce qui nuisait beaucoup à la netteté des images.

Herschel trouvait qu'en Angleterre il n'y a pas dans l'année plus de cent heures pendant lesquelles on puisse observer fructueusement le ciel avec un télescope de trenteneuf pieds (12nl) armé d'un grossissement de mille fois. Cette remarque conduisit le célèbre astronome à reconnaître, que pour faire avec son grand instrument une revue du ciel tellement combinée que le champ eût été dirigé un seul instant vers chaque point de l'espace, il ne faudrait pas moins de huit cents ans.

Herschel explique d'une manière fort naturelle la rareté des circonstances où il est possible de faire utilement usage d'un télescope de trente -neuf pieds à trèslarge ouverture.

Un télescope ne grossit pas seulement les objets réels , il grossit aussi les irrégularités apparentes provenant des réfractions atmosphériques; or, toutes choses égales, ces irrégularités de réfraction doivent être d'autant plus fortes, d'autant plus fréquentes, que la couche d'air à travers laquelle les rayons ont passé pour aller former l'image a plus de largeur.

Les astronomes éprouvèrent une surprise extrême, lorsqu'en 1782, il apprirent qu'Herschel avait appliqué à un télescope à réflexion, de sept pieds anglais de longueur (2m.l), des grossissements linéaires de mille, de mille deux cents, de deux mille deux cents, de deux mille six cents et même de six mille fois. Ce sentiment, la Société royale de Londres l'éprouva, et Herschel reçut officiellement l'invitation de donner de la publicité aux moyens dont il avait fait usage pour reconnaître dans ses télescopes l'existence de pareils grossissements. Tel fut l'objet d'un Mémoire inséré dans le Lxxir2 tome des Transactions philosophiques, et qui dissipa tous les doutes. Personne ne s'étonnera qu'on ne voulût pas croire légèrement à des grossissements qui semblaient devoir montrer les montagnes de la Lune , comme la chaîne du mont Blanc se voit de Mâcon, de Lyon et même de Genève. On ignorait qu'Herschel ne s'était guère servi avec succès des grossissements de trois mille et de six mille fois, qu'en observant de brillantes étoiles; on n'avait pas songé que

la lumière réfléchie par les corps planétaires est trop faible pour supporter nettement les mêmes amplifications que la lumière propre des fixes.

Les opticiens avaient renoncé, plutôt théoriquement qu'à la suite d'expériences précises, à engendrer de trèsforts grossissements, même avec des télescopes à réflexion. Ils croyaient que l'image d'un petit cercle ne peut être nette, ne peut être tranchée sur ses bords, à moins que le pinceau de rayons à peu près parallèles provenant de cet objet, et qui, après avoir traversé l'oculaire d'un instrument d'optique pénètre dans l'œil, n'ait une largeur suffisante. Ceci une fois admis, on fut conduit à supposer qu'une image cesse d'être bien définie quand elle n'ébranle pas sur la rétine , deux au moins des filaments nerveux dont cet organe est censé recouvert. Ces suppositions gratuites, entées ainsi les unes sur les autres, s'évanouirent devant les observations d'IIerschel. Après s'être mis en garde contre les effets de la diffraction , c'est-à-dire contre l'éparpillement que la lumière éprouve quand elle passe près des arêtes terminales des corps, l'illustre astronome prouva, en 1786, qu'on peut voir nettement un objet, à l'aide de faisceaux dont le diamètre n'égale pas cinq dixièmes de millimètre,

Herschel regardait comme un préjugé scientifique trèsnuisible cette opinion, presque unanimement admise, que l'oculaire composé de deux lentilles est préférable à l'oculaire où figure une lentille seule. L'expérience, malgré toutes les déductions théoriques, lui prouva qu'à égalité de grossissement, les images, celles du moins des télescopes (car la restriction n'est peut-être pas sans impor-

tance) , avaient plus d'éclat et de netteté avec l'oculaire simple qu'avec l'oculaire double. Une fois, ce dernier oculaire ne lui montrait pas les bandes de Saturne , tandis qu'à l'aide d'une seule lentille on les voyait parfaitement. « L'oculaire double, dit Herschel, doit être laissé aux amateurs et à ceux qui, pour un objet particulier, ont besoin d'un large champ de vision. » [Transactions philosophiques , 1782 , pages 94 , 95. )

Ce n'est pas seulement à l'égard du mérite comparatif des oculaires simples ou composés qu' Herschel s'éloigne de l'opinion générale des opticiens; il croit, de plus, avoir constaté par des expériences décisives, qu'un oculaire concave (celui dont Galilée fit usage) , prime de beaucoup l'oculaire convexe, sous le double rapport de la clarté et de la distinction.

Herschel donne la date de 1776 aux expériences qu'il fit pour décider cette question. (Transactions philosophiques, année 1815, page 297.) Les lentilles pianoconcaves ou doublement concaves produisaient les mêmes effets. En quoi ces lentilles différaient-elles des lentilles doublement convexes? En une chose seulement, les dernières recevaient les rayons réfléchis par le grand miroir du télescope , après leur réunion au foyer , tandis que les lentilles concaves recevaient les mêmes rayons avant cette réunion. Quand l'observateur faisait usage d'une lentille convexe, les rayons qui allaient au fond de l'œil former sur la rétine l'image d'un astre, s'étaient auparavant croisés dans l'air; aucun croisement de cette nature n'avait lieu lorsque l'observateur employait une lentille concave. En tenant pour parfaitement avéré le double avantage de

406 IIERSCHEL.

ce dernier genre de lentille sur l'autre, on serait conduit, comme Herschel, à admettre « qu'un certain effet mécanique , nuisible à la clarté et à la distinction , accompagnerait l'acte du croisement focal des rayons de lumière K »

Cette idée sur les effets du croisement des rayons , suggéra à l'ingénieux astronome une expérience dont le résultat mérite d'être signalé.

Un télescope de dix pieds anglais (3m) fut dirigé sur une affiche couverte de très-petites lettres, et placée suffisamment loin. La lentille convexe de l'oculaire était portée , non par un tuyau proprement dit, mais par quatre fils métalliques minces, rigides, et situés à angle droit. Cette disposition laissait le foyer à nu dans presque tous les sens. On plaça alors un miroir concave de telle sorte qu'il projetait latéralement l'image très-condensée du Soleil sur l'endroit môme où se formait l'image télescopique des lettres de l'affiche. Les rayons solaires, après s'être croisés, ne trouvant rien sur leur route, allaient se perdre dans l'espace. Un écran permettait d'ailleurs d'arrêter à volonté ces rayons avant qu'ils se réunissent.

Cela fait, ayant placé l'œil à l'oculaire et porté toute son attention sur l'image télescopique de l'affiche , Herschel n'aperçut pas qu'en ôtant ou replaçant successivement l'écran, les lettres éprouvassent le moindre change-

1. En comparant les télescopes de Cassegrain, à petit miroir convexe, aux télescopes de Gregory, à petit miroir concave, M. Kater trouva que les premiers, dans lesquels les rayons lumineux ne se croisent pas avant de tomber sur le petit miroir, possèdent, quant à l'intensité, un avantage marqué sur les seconds où ce croisement s'effectue.

ment d'éclat ou de netteté. 11 était donc indifférent, sous l'un et sous l'autre rapport, qu'une immense quantité de rayons solaires se croisassent à l'endroit même où, dans une autre direction , allaient se réunir les rayons qui formaient l'image des lettres. Je viens de marquer en itaques les mots qui montrent bien en quoi cette curieuse expérience diffère des premières et ne les contredit pas entièrement. Ici, les rayons d'origines diverses, les rayons venant de l'affiche et du Soleil, se croisaient respectivement, dans des directions presque rectangulaires; pendant l'examen comparatif des astres avec des oculaires convexes et concaves, les rayons qui semblaient s'influencer avaient une origine commune et s'entre-croisaient sous des angles très-aigus. La différence des résultats n'a donc rien, ce me semble, dont on puisse trop s'étonner.

Herschel augmentait le catalogue déjà si étendu des mystères de la vision, quand il expliquait de quelle manière on doit s'y prendre pour arriver à distinguer séparément les deux parties de certaines étoiles doubles très-voisines l'une de l'autre. Si vous voulez, disait-il, vous assurer que y de la Couronne est une étoile double , dirigez d'abord votre télescope vers a des Gémeaux , £ du Verseau, \j. du Dragon, p d'Hercule, a des Poissons, s de la Lyre. Regardez ces étoiles pendant longtemps, afin d'acquérir l'habitude d'observer de pareils objets. Ensuite, passez à $ de la Grande Ourse, où le rapprochement des deux parties est plus grand. Dans un troisième essai, choisissez i du Bouvier (marqué kk dans Flamsteed et i dans les cartes d'Harris) , l'étoile qui précède a

cTOrion, n de la même constellation, et vous serez alors préparé à l'observation plus difficile de yi de la Couronne. En effet , vj de la Couronne est une sorte de miniature de i du Bouvier, qui lui-même peut être considéré comme la miniature de a des Gémeaux ( Trans. philos. 1782, page 100).

Aussitôt que Piazzi, Olbers, Harding, eurent découvert trois des nombreuses planètes télescopiques aujourd'hui connues, Herschel se proposa d'en déterminer les grandeurs réelles ; mais les télescopes n'ayant point été encore appliqués à la mesure d'angles d'une excessive petitesse, il devint nécessaire, pour se garantir de toute illusion, de tenter quelques expériences propres à donner la mesure de la puissance de ces instruments. Tel est le travail de l'infatigable astronome de Slough, dont je vais donner une analyse très-abrégée.

L'auteur rapporte d'abord qu'en 1774, il essaya de déterminer expérimentalement, à l'œil nu et à la distance de la vision distincte, quel angle un cercle doit sous-tendre pour se distinguer, par sa forme, d'un carré de même dimension. L'angle ne fut jamais de moins de 2' 17"; ainsi dans son maximum il était environ le quatorzième de l'angle que sous-tend le diamètre moyen de la Lune.

Herschel n'a dit, ni de quelle nature étaient les cercles et carrés de papier dont il faisait usage, ni sur quel fond ils se projetaient. C'est une lacune regrettable, car dans ces phénomènes l'intensité de la lumière doit jouer un rôle essentiel. Quoi qu'il en soit , le scrupuleux observateur n'osant pas étendre à la vision télescopique ce qu'il

avait trouvé pour la vision à l'œil nu , il entreprit de lever tous les doutes par des observations directes.

En examinant avec un télescope de 3 mètres des têtes d'épingle placées au loin et en plein air, Herschel voyait aisément que ces corps étaient ronds, quand les angles sous-tendus devenaient, après leur grossissement, 2' 19". C'est presque exactement le résultat obtenu à l'œil nu.

Lorsque les globules étaient plus sombres; lorsqu'on employait, au lieu de têtes, d'épingle, de petits globules de cire d'Espagne, la forme sphérique ne commençait à être nettement visible, qu'au moment où l'angle sous-tendu amplifié, qu'au moment où l'angle naturel multiplié par le grossissement, atteignait 5 minutes.

Dans une dernière série d'expériences, des globules d'argent placés très-loin de l'observateur, laissèrent voir leur forme ronde, même quand l'angle amplifié restait au-dessous de 2 minutes.

A égalité d'angle sous-tendu, la vision télescopique avec de forts grossissements, s'est donc montrée supérieure à la vision à l'œil nu. Ce résultat n'est pas sans importance.

Si l'on tient compte des grossissements employés par Herschel dans ces laborieuses recherches , grossissements qui furent souvent plus de 500 fois , il demeurera établi que les télescopes dont les astronomes modernes disposent, peuvent servir à constater la forme de corps ronds éloignés , la forme des corps célestes , alors même que les diamètres de ces corps ne sous-tendent pas naturellement (à l'œil nu), des angles de plus de trois dixièmes de seconde : 500 multipliés par 3/10es de seconde donnent, en effet, 2' 30".

Les lunettes n'étaient encore que des instruments incompris, fruit du hasard, sans théorie certaine, qu'elles servaient déjà, à dévoiler de brillants phénomènes astronomiques. Leur théorie, en tant qu'elle dépendait de la géométrie et de l'optique, fit des progrès rapides. Ces deux premières faces du problème laissent aujourd'hui peu à désirer; il n'en est pas de même d'une troisième, jusqu'ici assez négligée , qui touche à la physiologie , au mode d'action de la lumière sur le système nerveux. Ainsi , l'on chercherait vainement dans les anciens traités d'optique et d'astronomie, une discussion sévère, complète, du rôle comparatif que la grandeur et l'intensité des images, que le grossissement et l'ouverture d'une lunette, d'un télescope peuvent jouer, de nuit et de jour, dans la visibilité des astres les plus faibles. Cette lacune , Herschel essaya de la remplir en 1799 ; tel fut le but du Mémoire intitulé : Sur la puissance que les télescopes possèdent pour pénétrer dans l'espace.

Ce Mémoire On the power of penetrating into espace by télescopes, renferme d'excellentes choses; il est loin cependant d'épuiser la matière. L'auteur, par exemple, y laisse entièrement de côté les observations faites de jour. Je trouve, aussi , que la partie hypothétique de la discussion n'est peut-être pas assez nettement séparée de la partie rigoureuse ; que des chiffres contestables , quoique donnés jusqu'à la précision des moindres décimales, figurent mal comme termes de comparaison de certains résultats qui, eux au contraire, sont appuyés sur des observations d'une évidence mathématique.

Quoi qu'il en puisse être de ces remarques , l'astro-

nome , le physicien qui voudront traiter de nouveau la question de la visibilité à travers les lunettes , trouveront dans le Mémoire d' Herschel des faits importants et des observations ingénieuses très -propres à leur servir de guides.