RAIES SOMRRES DU SPECTRE SOLAIRE
162. Raies de Frannhofer. ~ Lorsqu'on examine «ittentivenient, à Taide d'une lunette, le spectre solaire, on remarque qu'il est traversé en un grand nombre d'endroits par des lignes sombres plus ou moins étroites et parallèles à Tarète du prisme. Ces lignes , appelées raies de Frannhofer, du nom du célèbre opticien qui les a étudiws le premier avec soin (1815), présentent ceci de remai'quable qu'elles occupent des position.s fixes et parfaitement déterminées , et ((u'elles offrent ainsi des points de re|)ère précieux pour s'orienter dans le spectre. L<?s [)rincipales de ces raies sont désignées par les lettres de Talpliabei A, B, C, 1), E, F, G, H; leurs positions se trouvent indifjuées dans la V\<^. lO^î. L'i raie A est dans le rouge extrême ; H occu})»» le milieu du rouge ; C est à la limitf du rou<{e et de Torangé ; I) au conmiencement dn jaune; K dans li> vert; F' à la limite du vtTt et du bleu ; G au conmiencement d(> Tindigo, vi 11 dans le violet.
Fraunliofer avait compté dans le spiîcire r»nviron (MK) raies ; mais on <mi dérouvre d'antmt plus qu'on (Miqdoie pour les étudier des lunettes plus puissantes ; MM. Kirclioiïet Hunsrn ont porté le ninnbre de ces raies à ])lus de 'UXIO et en «uit dédouldé plusieurs qu'on tenait pour simples.
b's raies tlu sprctre oflrent un moyen précis ri commode de s|>érifier les diff»''iviil«»s coub'urs spectrales ; si nous disons, par extMuple, que dans telh» expérîeiin' iiftus a\ons fait usage de la raie 1), nous indicjuons «Kuni? manière rigoureuse b' <b»gré de réfrangibilité de la couleui* employée , rt «liaciue observateur |"'iiira retrouver cette même couleur en cliercbant cette raie.
163. Utilité des raies de Frannhofer pour la mesure des indices de réfraction.
— Nous avons exposé préi-édiMunuMit (cf. § liî^') la manière dont on s'y prend |»*»ijr iiif>.<urer à l'aide du prisme Tindi^-e de réfracticm des diverses subsUinccs. ^''•'•rispan'ntcïs ; dans l'exposé de cette métlio<le, nous avons îidmis, pour plus "^* ^implicite, que le faisceau de lumière <jui tomlKiit sur le prisme était com-
320 OPTIQl.'E.
posé (In rayons «le même réfranpbilité et qu'il avait uno t'p.iissour infinime petite; or de pareilles eonditiuiis, la dernière an moins, sont irréalisables • pratique. On opère, en «général, sur de la lumière composée, de sorte que faisceau lumineux , au sortir du prisme , s'étale en une bande d'une rerLiiétendue et diversement colorée; mais, *^riic(i aux raies de Fraunhofer, il t possible de faire usa^e de la méthode indiquée et même d'y apporter un ^rar degré de précision ; il suffit d'observer la déviation d'une raie déterminé**. ( choisit ^généralement la raie K , qui est située dans la région moyenne spectre, et on a ainsi l'indice de réfraction moijen de la substince sur latpie on opère : [mais, en réalité, il y a lieu de considérer pour chaque substai autant (rindices de réfraction qu'il y a de rayons lumineux de réfran<iibil différente ; i';u', de ce que les déviations d'une même raie sont éj^ales p(i deux prismes de même angle réfringent , mais de nature différente, il ne s\ suit pas que les déviations soi(»nt les mêmes pour chacune des autres raie c'est le contraire qu'on observe généralement (cf. 5$ lOi).)
lin
463*. Manière d'observer les raies du spectre. — Tonton Icr fuîR qu*on a liest-^ d^obtcnir un Hpuctri* hivn pur dnns loquel les rnios sombren hc détachent avec une jB^rar siir uettet^i remploi seul du prisme 4'8t insufHRant; car, nu sortir de ce milieu , les direr^^sn'.< cuuleurfl ne nont pu» afificz bien Si'parees ; oUch st; recouvrent «'u jiartie et b*s raieii ip.- KC montrent pas, on, an muins, n'apparais.oent qn(> conlns<^ment.
Pour iibsc'rver les raies, on procJMb* de la manit-rc snivante : h une certaine dista "^not d^iue fente étroite h travers laquelle pi-urtn-nt les rayons solaires, on dispose une M. outille convergente [de prélV*rence une lentilK* cylindrique convexe. Taxe du cylindre cC -aint parallèle à la direction de la fent«'.] L'iferan destiné h reeevi»ir le spectre, se plac— * a rendroit on la lentille projette une image parfaitement nette de la fente. Cela fait ««n mot le prisme innnédiateinent derrière la lentille, entre cellc-ei et IVcran. De cette "^manière, on obtient un spectre d'une grande pureté et dans lequel les diverses raies ^ <'^ui bien distinctes. Quand il s'agit de procéder h des obsi^rvations exactes, au lieu de ^7*nijeter le spirctre sur ini écran . on robsrrvr à l'aidr d'um* lunette grossissante.
CMAPITIIK X.
Dr POrvOIR IUSPKRSIK Kï 1>F. l/.VCHROMATISMF.
164. Mesure de la dispersion. - - Nous avons vu «pie, dans la iJéterminaK i"'' lies indicrs dr réfrarlion , <»n s»' s«'rt liénéralennMit de la raie K du speilrf - ""' on procédait à la même déttMiiiinatioii, <mi |)renant toute autre raie, on « ^'<' tiendrait des résultats entièrement diflV'r«*nts des premiers ; non-seulement J*"^ valeurs absolues n«* seraient pas les nn^^mes. mais enron* les lU-ux séri«'!^ O'" valeurs ne sr correspondraient p.is. Kn etlrt, de drux prismes ayant li» uiî^ ■"•' aiijrle réfringent, <<»lni dont rin<lir«' df réfra<*ti<Mi ost le plus élevé, dévie t'- '*'• demment davantage t<nis les rayons , ri , on outro, la déviation est propoiliir»"" nellemciit plus forte pour b's rayons b's plus réfranjiibles, d«' sorte qiiri* ''' •^pectp' fouini par ce prisino est plus étalé. Kt ce résultat s*e\plique |Kir ci* tJ't que les rayons qui sont le plus forttMncut dé\iés t'ii tniversant la première fi»*''i>*ncoiitrrnt la seconde sons un an^le ifini idonc«' plus ouvert.
La ditl'ércnc*' entre les indices de réfraction des rayons extivmes |>«»ut sei*"*" de inesnie à l.i div|M'rsion. On dmisit liabituellemenl |>our rindict» des ray»'^' xiob'ts n celui qui corr«>spond à la raie II , et pour indice des rayons roup?s #*,•
POUVOIR DISPERSIF ET ACHROMATISME.
cduî de la raie B ; la différence \-— n^ = 5 , est ce qu'on appelle le coeffi-
cient de dispersion totale , ou simplement la dispersion totale.
Le tableau suivant donne les coefficients de dispersion de.quelques substances importantes à connaître :
NOMff PEA BUB8TANCES.
ti
it =
Ean
Crown-glauR . . . ■. .
Flînt-glasH
Huile de Cosfiîa. . . .
' 1,331 lfi2b 1,627 1,590
Quand on a déterminé la grandeur de la dispersion totale ou , si Ton veut ,
la longueur totale du spectre fourni par un prisme donné, il ne s'ensuit pas que
' 'on connaisse du même coup la longueur de ses différentes parties, c'est-à-
^ire la distance de deux autres raies quelconques, attendu qu'il n'existe aucun
'^apport entre la dispersion totale et les dispersions partielles, ces dernières
^* "jant des valeurs variables suivant la réfçion du spectre à laquelle elles se rap-
ï>^rtent.
De là résulte une grande diversité dans les spectres produits par des prismes î différentes substances, puisque la largeur de chaque couleur varie avec • ^ étendue entière du spectre, mais non pas proportionnellement à la dispersion ^*=>tale. Des substances qui possèdent sensiblement le même indice de réfraC' ^ «^n moyen peuvent donc avoir des dispersions notablement différentes. Aussi, *--*^^ ules les fois qu'il s'agit de déterminer les propriétés optiques d'un milieu ré- *^*ingent, est-il indispensable de connaître, non-seulement son indice moyen, siis encore son coefficient de dispersion.
^65. Prismes achromatiques. — Ce fait, que les dispersions de deux subs-
»^ces ne sont pas proportionnelles à leurs indices de réfraction pour une
^me couleur, permet de faire disparaître les effets de la dispersion produite
un prisme sans annuler en même temps la déviation des rayons lumineux.
Ëtantdonnéun ^'
\ crémier prisme ■ ~"
^ VBC(Fig: 170) et \
\ MU rayon LG de /
\ Wmière blanche , /
^ mon sera à la fois dévié et décomposé ; en sor- j;" "^ **otdu milieu ré- ^"ngenl,il don- ''^'^ un spectn»
^'ï'VDT, IMiynlque mêdicule.
Fif^ 170. — PrUm .'H achromatiques.
limité i-wr les deux rayons extrêmes UT' et X\'. Si derrière ce prismo nous ou disposons un second ayant le môme indice , le même angle réfringent et tourné en sens inverse, il est évident que nous supprimerons ainsi la dispersion , mais non sans détruire en même temps la déviation; car le système de ces deux prismes se compf>rtera comme une lame à faces parallèles.
Supposons, au contraire, le second prisme A'B'd' formé d'une substance qui, tout en ayant un indice moyen à peu près égal à celui du premier prisme, possède une dispersion lu'aucoup plus grandes; dans ce cas, il sera possil*!».* do lui donner un angle réfringent tel cpielcs couleurs séparées par le prisme AIJC soient réunies de nouveau par leur passage à travers le prisme A'B'C, et qiip néanmoins le faisceau luniintMix émergent cons«'rve un certain degré de dévjjition. Remarquons tout d'abord que, si les deux prismes avaient le même anplf réfringent, les effets de la dispersion ne s'en manifesteraient pas moins , puisque les extrémités du spectre fourni par la substance la plus dispersive dépasseraient celles du spectiv de Tautre prisme. Il faut donc diminuer Tangle r»}fringcnt du prisme A' !>'(!' d'une (fuantité convenable poui' rendre les dc\\\ spectres égaux en longueur; ce résultat étant obtenu, la lumière émergera d'un pareil système sans subir de décomposition , et tout en restant déviée versl-r hase du prisme ABC.
La Fig. 170 représente la marche des rayons dans ces conditions : le t*ai<cean lumineux cpii sort du prisme ARC ef. qui forme un spectre limité parlo^ rayons IT' rt XX' éïuerge du prisme A'H'C suivant l-'T'" «»t X"X"'. îiiiiv» avoir subi une invorsion dims la disposition dt's couleurs qui le louqmsi'jit, ti»* sorte que les drMix spcilrrs de srns inv4'rs«' sont superposés Tun à raiiliv.ii redonnent ainsi de la lumière blamlie. Tn srmblabN' sy^-tènic porte le noiinlf /tristites acIiriHHotiques.
A la sinq)li' inspection <1(^ cetir li^^urc on rcronnait rjuc li* ra|tpoi1 il*'' anj^les réfringents (pii procure Tacbromatisnie de deux prisme^, m» peut >*'nir que |>our une direction déti'i'niinée i\(*< rayons lumineux. Si Tincidem'e «I" rayon LG au;imento, l'angle de dispersion l'CX devient plus grand i-t n«' |«»''i' plus être conq^en^é par la di^ipersion du seroiid prisme. ci»tte dernière ny.int. an contraire, iliniinué.
|Pour qm* (Inix prisiiie»» s*ar!)ir*>inutisont rr('î|»nn|iu.'iiii*iit, il laiit <|Ui- Ii-ut'» Hn-rl'" •
dispersion soit-iit l'j^fiiix, c«' «pii a lieu «pinm! : -^ '' . A ot A' n-pn-soiittiit liS.»»;!'*
rcfringi-nts, c «'t o' ttî* c«H'tficî«'nts dv dispersion di-s doux pri«iiins.] On trouvr ili- <'''^''"
manière qu'il faut associer un prisme dr er«i\vn-;:Iass d'un an;:lr d»' tUV^ avi-*' nu yt^"^''
d« fliut i\o 29",17' pour ol^trnir un systiMuc ae)ironiatii(U<-, à Pri^ard de rayon* d«'iitl''"
cidtinet* <'St «l** 50": pour tiiute autre iueideiicf, l'achritinatisinf n'est p.is parfait, n»*»*
nc^annioîns l'uberration de n^trangîlu'lit»' e<«t diminue''. jAu rrstc. avrc deux prisiU'^* ''^
ne peut aehromati<cr exactement que deux eoulfiirs. puis(|ue les rapport* de dî*|Kr«i''''
partielle ne sont pa-» eon^^tauts; on achromatixc nrdînairemi'Ut le* rayon« MrM< '^
oranjjfL's.]
166. Aberration de réfrangibilité des lentilles. Par suite de Tine^ide ivtbu- ;iibilité de-- dillêrmtes couleurs, 1;< réfraition d«* l.i lumière composée «.'.luoiii* pai^n»» toujours de la séparation des diverses espèce»' de r.iynns, mais le* elT»t"
POUVOIR niSPERSIF ET ACHBOMATISHE. 323
lie In dispersion «ont bien moins marqués dans les milieux réfringents terminés par des surfaces sphériques que dans les prismes. Cependant ils ont encore une Tileur assez grande pour nuire à la netteté des images réelles on virtuelles qui se forment dans de pareils milieux, et môme l'action perturbatrice de la dispersion est supérieure à celle de l'aberration de sphéricité, car non - seulement elle détruit l'homocenlricité des rayons réfractés, mais encore elle donne nais-
Mnce à des cercles de diffusion diversement colorés , en sorte c
I images
•îODt irisées, c'est-à-dire bordées d'un liséré rouge ou «olet. Le défaut de nellelé résultant de ta dispersion constitue ce qu'on appelle \'aberrntio}i de. réfrangibilité ou aherralion chromatique.
Considérons, par exemple, un faisceau de rayons blancs parallèles tombant r-ur la lentille convergente de la Fig. 1 71 : les rayons rouges, qui sont les moins réfrangibles , iront se réunir sur l'axe principal au point c, tandis que les rayons violets, se réfractant «Javantoge, concourront au point o; entre ces deux tf'Swers extrêmes \iendront se former ceux des couleurs i Bilennédiaires, indigo, bleu , vert etc. Si donc on disfi^ose un écran en o, on verra s'y peindre un petit cer- «r le blanc entouré d'un liséré rouge ; le centre paraît ïalanc , parce qu'un grand nombre de rayons diverse- * '^bim^TMÎMiiiiÎM™ raent colorés se croisent dans cette région et recomposent ainsi de la lumière blanche. Place-t-on, au contraire, l'écran en c, on obtient un cercle blanc bordé do violet. — La distance oc comprise entre les foyers des rayons- extrêmes sert ordinairement de mesure à l'aberration otiromatiquc.
166*. Lentillaa aeliroinatiqiies. En se reportant à ce que nous avons dit sur la dispersion dans les prismes (cf. i^ 165). on comprendra que la nature de la Rulslance dont est formée une lentille doit avoir une grande influence sur Vinlerralle oc des foyers des rayons extrêmes. De là, la possibilité do supprimer Vaberration chromatique d'une lentille, en employant une méthode tout à fait Wfmbiable à r«lle qui sert à achromatiser un prisme.
Ktant donnée une lentille convergente, telle que celle de la Fig. -171 , associons-la à une lentille divergente faite d'une substance possédant un plus grand pouvoir dispersif ; nous pourrons donner aux faces de rolte liernlère une cour- Iwre telle que l'intervalle des foyci-s extrî-mes y soit égal à celui de la première ^tillp, mais évidemment disposé en sens inverse; or celte condition, pour être wti»laile, exige que la lentille divergente ait un poii\ oir réfringent moindre que wlm de la lentille positive, puisqu'elle a un pouvoir di.spersif plus grand. De «He manière, le système des deux lentilles conservera un certain degré de ("Wioir coiiuer^eut, et néanmoins l'aberration chromatique y aura disparu ; les ^lille» compo.sant un tel système sont dites achroniatiqvei'.
*MiiâTon» fait remarquer qu« dca prianies, iichroniatiiuB pour une direction donnée ■ rtjnnt lomincux, ne le Dont pluR ânssi exactement quand l'incidcnco ie la lumière '■>' ■ ehinger. Cette remarque s'applique rgnlcment niix lentilles achrnmalîqncii. Or ""■a ««Ht fréquemment employées pour n)itcnir de» images d'objets plneé» b des dis-
tanceii pins ou moînK rapprochées; ilanR ces coiiditioni^i riucideiice des rayuns Iiiini- Denx est variaLlc; cette circonstance seule suffit dt'ja pour empêcher qu*4»n ait des systèmes lenticulaires absolument achromatiques. i\' n'est pas tout: ])our U-s lentilles, comme pour les prismes , les dispersions partielles n'étant pas pnyportionnelles aux dispersions totales, la supprcssinn de celles-ci n*entraîiie pas Tannulation dos premières: de ce que, par i?xeinpl«', Torangé de Tun des spectres se confond avec le bleu do Tantre, il ne s'ensuit pus que les autres couleurs soient aussi fusionnées deux h deux. Pour obtenir un système parfaitement achromatique, il faudrait associer un plus f^und nombrt: de lentilles de manière ^ fusionner successivement toutes les couleurs: dans la pratique, on se borne à dmx lentille;), qu'on achromatise pour les rayons orangés et bleus.
Les lentilles achromatiques entrent dans la construction des microscopes et do^ lunettes. Les opticiens font ordinairement la lentille convergente en crown-gla«5s et U divergente en tlint-;;1ass. Pour les rendre achromatiques, ils procèdent, on général, par voie de tâtonnement, bien qu^ln puisse arriver au même résultat par le calcul. Lti deux lentilles étant amenées au degré de cour))ure convenable pour constituer un système achromatique, on les aecole l'niie k l'autre, à l'aide d'un ])cu de baume de Vanada, dont Tindice de réfraction est intermédiaire entre ceux du flint vi du crown-glA««: on évite ainsi la perte de lumière qu^)ceasil•nnerait sans cela la rétlexion des rayfiu< sur les faces întërieurcs des U'utilles. Dans le but de diminuer encore davantage Taberration chromatique , on arrête les rayons marginaux h raid<' d'un diaphragme, qui a ain^i une double utilité, puisque nous avons déjà vu ee moyen servir U amoindrir l'ubcmtion de sphéricité (cf. § 153).
.^bfiorption ol «^iiii»i«ion de la lumière. — Rayon*
chiiniquefi.
CIIAIMTRK XI.
AhSORPTlON I»K I.A H'MIKRK.
167. Absorption de la lumière dans son passage à travers les milieux réfringenti Couleur des corps dans la lumière transmise. \h\u^ \\'*\\u\o <los lois dr l.i r^flexion <'t d<» la ivfracticm <b's rayons linuiinMix. nous avons snpposô «jUt» l.i l"miiTO nV'prouvail pas (h' déperdilion , rJ «[u'apivs avoir t*té n'*nêrhi«' on rrfra'" léc, t'ilo n''apparaissaii tout <Milirro. i\Mr hypothèse iiVst jamais rralistV d'w.*manière rijçonronsi* ; souvent mèine elle est fort éloi^rnée île la vêrit»'': la !'!• mière subit toujours «les peiles plus ou moins r<MisidêraMes, soit en >e n'fl^' rhissant, soil en traversant les milieux réfrin^^enls. Il en résulte des phénomènes |»artiruli(M's dont nous allons nou»^ oeruper ef que nous cheiYlicn.«H5-i expliquer.
Dans hi rétli*xion el la rrlVaetion rêjrulièr(*< , on ol)ser\«' iléjà la disjviriti'^n d'une certaine ipiantitê de lumière, qui n'est ni rrnvoyét; par la s urfiu-e réfléchissante, ni transmise par l«* mili«ui rélVin^ent, mais (pii s»- perd dan< l'intérieur de ee dernier. Il n'existe cpTune linonstanei» où il ^e produise «»'*'*•" flexion t(»t;d<': r'est lorsque les ray(Mis sf présenli'jit p»»ur passer d'iitf mil'*'" dans un autre moins rrlVin^rent, sous une inridenee supérieure à raiijile liniii*^ (cf. >i l 'fl ri 1 toj. Mais, t'u dehors (h»s appliealions qui ont été laite< île l.i ^ flexion totale par le pri.sme, «t» ;ienre de phénomène n'est pas trè<-lréquenl «1^"* la nature. Ct^pendanl il convient d'y ratticher en partie lu réflexion iiTéjcuhénf
