TROISIÈME SECTION

BB8UMB D*0PT1QUB MiTÉOBOLOGIQUE.

L*expo0é de la théorie mathématique de la lamière , et la comparaison approfondie des deux systèmes de rémission et des ondulations, composent ce que nous pouvons appeler la partie théorique de notre répertoire. Nous trouverons l'occasion de faire une application heureuse des principes établis, et en même temps de faire connaître des travaux importants en analysant avec quelques détails les faits relatifs à deux branches aujourd'hui très cultivées de la science de la lumière , l'optique météorologique et l'optique minéralogique. Les grandes découvertes dans ces divisions toutes nouvelles de Toptique, la polarisation de l'atmosphère, Texistenee d'un premier point neutre, la polarisation chromatique, le dichroîsme, la propriété dépolarisante des cristaux doués delà double réfraction, etc., etc., appartiennent à M. Arago : MM. Brewster et Babinet les ont enrichies d'une foule de faits curieux, que Ton sera bien aise de xetrou ver groupés avec quelque ensemble.

Transparence de l'atmosphère. — L'air est un des corps les plus transparents de la nature ; sa transparence n'est cependant pas complète ; les particules atmosphériques absorbent une portion de la lumière qu'elles reçoivent, en laissent passer une partie, et réfléchissent la troisième ; de là vient qu'elles éclairent la voûte des cieux , qu'elles inondent de lumière diffuse les objets terrestres que le soleil n*éclaire pas directement, et déterminent une transition insensible entre le jour et la nuit. Il est évident que la lumière solaire s'affaiblit par son passage à travers l'atmosphère. On peut s*en convaincre par des mesures directes et exprimer la transparence de l'atmosphère par des nombres, ainsi que de Saussure l'a fait au moyen de son dtaphanomètre. La distance à laquelle les objets disparaissrat ne dépend pas uniquement de l'angle visuel, elle dépend évidemment de leur mode d'éclairement , et du contraste de leur couleur

d'optique uîriOROLOGiQnB. 991

•v«e edle des objets eavironiMints. Tondis que les obalnet de mon-* tagaes^viies de la plaine el à de très grandes dWepeoo ^ sent vist* bies dans lears moiodra» eoDtomis, Ja qpeetatettf plaeé sur tvi de leurs somoiets ne distingue presque rien daos la ptaine. Cela s'ei-« l^ue aisément : en effet, tandis qua ks maatagnes, par leur ep** eité et leur conleur foneée, tranebeikt avec la transparence du eM et sont trte nettement dessinées 9 tous les okjîetsde la plaine, revêtus d'one teinte sombre et verdAtre, ne peuvent pas resKutUrau miUea de ceux qui les environnent.

Plus répaisseur d'atmosphère que les rayons des oorps lumbieux ont à parcourir devient eonsidérable, plus Téelat da ces rayons s'affaiblit, la lumière du soMI ou da la lune» à leur passage an méri* dien , est éblouîssimte « tandis qu*OB peut fiier ees astres lorsqu'ils sont à rborizon. S'il était possible da mesurer rinlensité de la lu* mière à différentes -élévations, OA pourrait exprimer en nombril la pouvoir absorbant de Tair ; mais lei fésultsts donnés par YHéUQihêr^ mùmèi99 de Saussure, ou pir VActimmèêr» de MM. HersebeU el Pénillei, sont encore trop imparfaits penr qu'on puisse atteindre ea but II parslt démontré seidement que TabsorpUon des rayana selairea est telle, que dans les pli^ea de rAUemagne, si le soleil était an sénitb et le aiel parftiitement pur, la terre no reearrait que tas 9/3 des rayons qui arrivent à la partie supérieure de ratnsoapbère; tout le reste est en partie absorbé, m partie réfléchi par l'air et les partieulea de vapeur.

CmUmt Meue du eM. ^^ De Saussure a fait voir que la oouleur bleue du eiei tenait à la réilexloo de la lumière , et non à une oouleur pfspre des particules aériennes. Hassenflratz a démontré par respéfisnee que le rayon bleu est plus réfléchi par Talr que les autrea rayons : aussi, plus la cooebe d'atmosphère traversée par le rayon est épaisse, plus la coi^evr Meue disparaît, et plus la tefnte ' rouge prédomine. Quand le soleil est à Tborlson, Il nous parafe range pourpre et jaune. Pour mesnrer rtntensité de la couleur bleite , de Sanaamre a inventé le Cymnow^ire f le Polarim4$rê de M. Arago oasiduît au même résultat. La eovleur du de! n'est pas la même à t€iU8 les points d*un mémo vertical r elle est pk» ft>Bcéc an sénitb , plus claire et quelquefois complètement blanche à l'horizon ; elle ctevkiit de ptaman plus lineée depuis le matin Jusqu^AmMH, de

^9^ PBicis

plus en phis claire depuis midi Jusqu'au soir. Le ciel est plus MeQ ratre les tropiques que dans les hautes latitudes, plus pâle en mer que dans Tintérieur des continents ; à mesure qu'on s'élève dans Tatmosphère, le ciel parait de plus en plus foncé. A une certaine hauteur» il devient presque noir. Le hleu réfléchi par les particules aériennes, le hianc des vésicule aqueuses, des flocons de neige, des petits cristaux de glace , le fond noir de l'atmosphère , modifiait diversement, mais dans des proportions qui ne sont pas déterminées, la couleur bleue du ciel.

Crépuêcule, — A mesure que dans un Jour serein le soleil s'approche de rhorizon, le ciel , dans la portion qui a voisine le soldl, se colore en Jaune ou en rouge. Il blanchit près du zénith , et la clarté va en augmentant Jusqu'à l'horizon occidental. Bientôt on remarque vers l'Orient, à l'opposé du soleil, une teinte rouge qui atteint son maximum au moment où le soleil descend au-dessous de l'horizon. Cette teinte circonscrit plus tard un segment plus ou moins déterminé , d'une couleur bleu foncé. La séparation entre le bleu et le rouge est le plus souvent assez tranchée ; ce segment bhu constitue le crépuscule. Dans des circonstances Davorables, on distingue entre le bleu et le rouge un liseré blanc ou Jaune que Malran a appelé second crépuscule , ou anticrépuscule. Une observation attentive prouve que le segment crépusculaire est dû à l'ombre de la terre , qui se projette sur le ciel . Cette projection n'étant plus éclairée que par la lumière diffuse qui est bleue, doit elle-même se colorer de cette teinte. A mesure que le soleil s'abaisse , le sèment rouge du ciel occidental qui s'abaisse avec lui devient plus net, et l'on voit au-dessus de lui un espace blanc que l'on pourrait appeler, avec Brandes , lueur crépusculaire. Quelquefois, enfin , on aperçoit une lueur faible et blanchâtre qui illumine le ciel vers le Dordbuest et s'élève à une hauteur angulaire considérable. Cette loeur est due incontestablement à l'illumination secondaire que jettent sur le haut de Tatmosphère les couches d'air situées actuellement sow l'horizon et directement éclairées par le soleil; c'est cet espace atmosphérique, dont la lueur est due à des rayons qui ont déjà subi une première réflexion, que M. Biot nomme le second espace crépusculaire.

Beprenant les recherches de Brandes et de Lambert» M. Blet a

d'optiqub M^jioaoLOGiQDE. 9g3

cherché dans ces derniers temps à déduire la hantear de l'atmosphère de l'observation du crépuscule , mais ce mode de déterminatioD est très inexact et très compliqué. On ne peut donc avoir aucune confiance dans les hauteurs de 43,000, 115,000, 160,000 mètres, que ces observations assigneraient à l'atmosphère. Les observations d'éelipses de lune, les phénomènes qui se produisent à l'entrée de cet astre dans l'ombre de la terre prouvent que la hauteur de notre atmosphère est au moins égale à 80,000 mètres. On ne peut affirmer rien de plus , en présence surtout des recherches de M. Petit , directenr de l'Observatoire de Toulouse, qui semble avoir démontré que ks bolides , vus dans diverses villes le 9 juin 1841 et le 3 juin 1 842 , brillaient d'un éclat très vif à des hauteurs de 142,055 mètres, 301,349 mètres, c'est-à-dire bien en dehors des limites assignées à l'atmosphère terrestre.

Nous n'avons rien de particulier à dire relativement aux phénomènes de la réfraction de la lumière et de la scintillation des étoiles ; nons renverrons pour ces deux points aux paragraphes 123 et 125, pages 160 et 164.

Arc-en-deL — Tout ce qui a été dit de nouveau sur ce phénomène remarquable, dont Oescartes a donné le premier la théorie , est dâ à M. Babinet ; nous allons analyser l'important mémoire qu'il a publié sur ce sujet.

L'intensité de l'arc-en-ciel est d'autant plus grande que les gonttes de pluie , supposées toujours sphériques , qui le produisent, sont plus grosses ; de là Fimpossibilité de voir le troisième et le quatrième arc-en-ciel de la pluie, et des très minces ûlets d'eau cylindriques. Dans les circonstances les plus favorables , an Mont- Bore et sur le Canigou, ayant en face le soleil couchant, et audessous, dans l'ombre, des l)ois de pins formant un fond de tableau complètement noir, M. Babinet a Inutilement cherché à voir le troisième arc-en-ciel , qui doit être vers 41* du soleil.

La formule de Tarc-en-ciel n'a été donnée dans aucun ouvrage. On calcule arithmétiquement les angles d'incidence et de réfraction pour les déviations maximum ou minimum (1) , et l'on fait ensuite

(1) Uf ailleurs disent ordlnairemeDl que pour que le phénomène de Tarctn-ciel le produise, il faut, el il lutût, que la déviation A soit un maximum

i94 niicii

ou bien :

Mittifint

«r~SîcsO,

8r — 2<:=:O,10f~î(=r;O,etc.

On peut eepeDdant éliminer i et r, et obtenir la déviation on k • demi-diamètre A de l'arc-en-ciel à l*aide des équations suivantes :

pour le premier arc*«n-ciel , et pour le seeond par 1» formule :

La prmnièra do ces formules» «a y faisant faB-f, doens

oa un minimum , et, par eoniiqveni , qa'sn appelant A' la déviation correspondaote h un accroissement iofiniment petit t de Tangle d'Iacidenoe , le

rapport soit nul à la liaiite; car ce rapport changeant de algae avec i ,

dans le cas du maximum ou du minimum, doit être nul poar i s 0. Malt eti méroea aoteurs n'eipH^uent pas fart bi«n pourquoi la production du pliénoro^ne est liée A la condition de la déviation maximum ou miBimnm, on retrouvera peut être Ici avec plaisir la théorie de Tarc-en-ciel, telle que l'illuitre Ampère la présentait dans ses leçons au Collège de France. On trouve par la méthode de Desrartes que la déviation A est, après n réfractions, donnée par l'éqnation :

A = 2ni' — 2Η (n— 2) 180o.

dans laquelle i et r sont les angles d'incideocej et de réfraction. On a d'ailleurs, d'après la loi de la réfraction , et en appelant e riodlee de réfaction :

sin t SB e sin r.

Pour qu'un rayon , après toutes ces réfractions^ aoiteCSiaoe ou predniae le phénomène de la coloration, il faut que les rayons voisins, à droite et i gauche, éprouvent sensiblement la même déviation, de manière que, sortant parallèles, ils se réunissent en faisceaux. Il faut donc, en dési}:nanl par c et p tes accroissements très petits ou les diminnllons très pellles des angles d*iDddence et de réfraction, que le rayon dont les angles dlneldence et de réfrae