APPAREIL DE M. GAUSS

parallèles, l'équilibre n*aura lieu que lorsque Taimant fera un certain angle t?ec le méridien magnétique, angle qui dépendra de la force directrice, et qui , par conséquent, variera avec Tintensité du magnétisme terrestre. M. Gauss lait en sorte que l'aimant soit à peu prés perpendiculaire au méridien magnétique, afin que Faction du magnétisme terrestre soit plus efBcace.

Voici comment est disposé Tappareil : l'aimant, qui pèse 12 kil. |, est placé dans an étrier analogue à celui du déclinométre {fig. 914); seulement le crochet c est remplacé par une bande en cuivre portant deux petits treuils, antour desquels s'enroulent les fils métalliques de suspension. L'angle du brreau avec le plan des fils, quand ils sont parallèles, se mesure au moyen .(Ton disque divisé, analogue au disque r (fig, 914). Entre les deux treuils est fixé un miroir vertical susceptible d'être orienté à volonté. Dans ce miroir vient se réfléchir une règle divisée placée au pied d'un théodolite. La moindre variation dans l'intensité de la composante horizontale fait changer la position de l'aimant, et l'appareil est tellement sensible qu'il permet d'apprécier ,,'po de cette intensité. Il faut avoir soin de tenir compte des changements de température.

Ha^aétoHiètre baianee. — Cet instrument, imaginé par le D** Lloyd, est destmé à apprécier les variations de la composante verticale du magnétisme terrestre. Un barreau aimanté aa (fig. 915) est fixé à l'extrémité d'un couteau ce reposant sur des plans d'agate , et que l'on peut soulever au moyen de la clef K, par l'intermédiaire de la fourchette /". L'aimant aa est rendu horizontal au moyen d'un contrepoids formé d'une petite masse, qui glisse sur une ris horizontale fixée au couteau du côté sud. Une autre vis verticale porte aussi une masse en forme d'écrou, au moyen de laquelle on peut faire varier la position du centre de gravité, que l'on amène sur l'axe magnétique de raimant. Ces deux vis ne se voient pas sur la figure. Le thermomètre l sert h compenser l'influence de la chaleur : quand la température s'élève, l'aimant s'ifÙblit ; mais la colonne de mercure s'allongcant, elle fait avancer le centre de gravité du système, du côté du nord, de manière que l'aimant tend h s'incliner par un eflet de la pesanteur, qui vient compenser la force magnétique perdue. Pour observer les changements déposition de l'aimant, il y a à ses deux extrémités des anneaux en cuivre non représentés dans la figure, et portant des fils croisés que l'on observe au moyen de deux microscopes à réticule.

Dans les observatoires, on ne mesure pas directement les variations de riodinaison, à cause des incertitudes des méthodes, mais on les déduit des variations des intensités des composantes horizontales h et verticales v de la force terrestre, au moyen de la formule tangi = vlh.

It48. Appareils enrcKlMrears. — Dans plusieurs observatoires , les appareils que nous venons de décrire sont disposés de manière à enregistrer leurs propres indications, au moyen de la photographie, d'après le système de M. Broocke (I, 390). — Prenons pour exemple le magnétomètre balance. Au cooteau ec (fig. 915 et 916) est fixé un miroir sphérique concave m, en avant

duquel se trouve un bec de gaz r entouré d'une cheminée opaque, qui laisse passer par une fente un faisceau de rayons lumineux ; le faisceau forme, au-delà du bec de gaz, un foyer /*, qui tombe sur une feuille de papier plioto-

Fig. 945.

Fig. 916.

graphique appliquée sur un cylindre de verre que fait tourner un mouvement d'horlogerie. Un second cylindre en verre enveloppe le premier, pour conserver l'humidité du papier. Si le magnétométre ne bouge pas, le foyer marque sur le papier une circonférence ; mais si le miroir change de position, le foyer trace une courbe sinueuse. Les indications du déclinomètre s'enregistrent de la même manière, au moyen d'un petit miroir sphérique fixé à l'aimant au-dessous du point d'attache du fil de suspension ; seulement le cylindre tournant est vertical. iS49. Variations sécalalres de la déellaalsoB. — Les plus anciennes observations de déclinaison un peu précises, ont été faites en Angleterre en 1176, et à Paris en 1580. Voici le tableau des résultats trouvés dans cette dernière ville :

ANNÉES

DÉCLINAISONS

ANNÉES

DÉCLINAISONS

ANNÉES

DÉCLINAISONS

4 40,30' Est.

22,34 roaxim.

4,30 Ouest.

VARIATIONS DE LA l)ÊCLINAISON. 81

ICes résnluts sont les mc^yennes de ceux que Ton obtient pour chaque joor, puis pour chaque mois de Tannée, afin de faire disparaître les variations mensuelles et diurnes. On voit que la déclinaison, d'abord orientale, a diminué jusqu'en 1663, époque où elle a été nulle; elle est devenue ensuite occidentale, .( augmenté jusqu'en 1814, et depuis cette époque elle va en diminuant. Aujourd'hui, la diminution est à peu prés de 10' par année. Â Londres, la déclinaison était de 11"" 15' en 1576; elle a été trouvée nulle depuis 1657 jusqu'en 1662; elle est devenue occidentale et a atteint son maximum, ^i"* 36^ en 1800. En 1831, elle n'était plus que de 24''. Comme exemple des variations séculaires dans l'hémisphère austral, nous citerons les observations faites au Cap de Bonne-Espérance à partir de 1605. Alors la déclinaison était deO** 30' est; elle est devenue nulle entre 1605 et 1609, puis occidentale, et a atteint son maximum, 25° 40', vers 1791. De ces variations séculaires résultent les déplacements des lignes isogoniques.

%9Sm. ymrUkUoum MiBoeiies. — La déclinaison éprouve, chaque année, des variations périodiques, qui ont été découvertes en 1786 par Cassini; elles semblent dépendre de la position du soleil de part et d'autre de l'équateur. Les changements de température de l'aiguille ne paraissent pas cependant en être la cause ; car Cassini a reconnu que les mouvements de l'aiguille avaient lieu de la même manière dans les caves de l'observatoire de Paris, où la température est fixe, et où la lumière ne pénétre pas. Voici quels sont ces mouvements * ; pendant les mois d'avril, mai, juin, juillet, compris entre l'équinoxe du printemps et le solstice d'été, l'extrémité nord de l'aiguille rétrograde vers l'est ; pendant ^ I les neuf mois suivants, la marche générale est vers l'ouest. Pour établir cette ^, I M, on prend la moyenne des déclinaisons maximum et minimum de chaque ^ joir, d'où l'on déduit les moyennes mensuelles que l'on doit comparer. Le

moivemcnt annuel est limité dans une amplitude de 15' à 18'. Il a été observé à Londres, en 1800, par M. Gilpin, qui a trouvé un maximum de déclinaison vers l'équinoxe de printemps, et un minimum aux solstices d'été; seulement, ramplitudc est beaucoup plus petite qu'à Paris. M. Beaufov, de 1818 à 1820, a trouvé la variation mensuelle à peu prés nulle. Or, à cette époque, la varialioo séculaire était aussi à peu prés nulle, parce qu'on était prés de l'époque da maximum. En 1800, la variation séculaire était plus petite qu'en 1786, époque à laquelle observait Cassini ; d'où Arago a conclu que l'amplitude des variations annuelles croit et diminue en même temps que l'étendue du mouvement séculaire.

ISSi. ¥ari«ti»BS diurnes de la déelinalson. — Les variations diurnes ont été découvertes en 1722 par Graham; depuis, elles ont été étudiées avec ^n, dans l'espoir d'en trouver la cause. En Europe, l'extrémité nord de (aiguille aimantée marche vers l'ouest â partir du lever du soleil, jusqu'à une

* Annales de chimie et de physique, :!**sî'ri(', t. XVI, p. o4.

heure ou deux après midi, puis elle revient sur ses pas, et reprend sa première position vers 10 heures du soir. On voit que la déviation vers l'ouest est la plus grande aux heures où la température est la plus élevée. L*amplitude de ces mouvements est très petite, et différente d'un jour à Tautre ; tantôt elle atteint 20' i 25', tantôt elle ne dépasse pas 5 ou 6'.

L'aiguille aimantée dont on se sert a une influence sensible sur les résultats obtenus aux différentes heures : M. Lotlin ayant comparé, à Paris, la marche de la boussole des variations de la corvette la Recherche, avec celle de la boussole de l'Observatoire, vit que les courbes par lesquelles les résultats furent représentés graphiquement offraient bien la même forme générale, mais qu'elles étaient loin d'être identiques.

Variations dlnraes ea élfléreato pays. — L'amplitude des variations est d'autant plus petite qu'on se rapproche davantage de l'équateur magnétique. Ainsi, dans l'île de Rawak, la déviation n'est que de 3' ou 4' au plus. Les courbes de la fig. 917 donnent une idée des amplitudes des variations diurnes à Hobartown, HH; Toronto, TT; le Cap, CC, et Sainte -Hélène, SS.

êZfmZ. Lois séaèrales des varlatiaas pérladlqaes de la déellaalaaB. — Le P. A. Secchi, en comparant les nombreux résultats recueillis dans les observatoires magnétiques, principalement dans ceux des Anglais et des Russes,

coordonnés et publiés , les premiers par M. Sabine, et les autres par M. Kupffer, est arrivé à formuler les lois importantes qui suivent > :

I. Les variations diurnes de la déclinaison suivent en chaque lien le temps local ; elles sont donc en rapport avec la position du soleil, comme on l avait déjà constaté pour l'Europe.

II. Le pôle de l'aiguille qui est tourné du côté du parallèle que décrit le soleil, fait chaque jour une double excursion : 4 à 5 heures avant midi , * ce pôle est au maximum de distance du méridien magnétique vers l'ouest; de là il marche vers l'est avec une

vitesse croissante, qui atteint son maximum à peu prés au moment où le soleil passe parle méridien magnétique. Une ou deux heures après, l'aiguille s'arrête pour revenir sur ses pas jusqu'au coucher du soleil. — Pendant la nuit, quand le soleil passe au méridien inférieur, la même oscillation se répète, mais avec une moindre amplitude. — Les heures limites changent avec les saisons ; elles avancent généralement en été et retardent en hiver. — Les amplitudes sont à

Fig. 94 7.

frt nmoa àmenlo , t. I, p. 60, et Ann, de ch. et ph,, 3« série XLIV, 246.

VARIATIONS D£ l'iNCUNAISON. 83

à peu près proportionnelles aux arcs parcourus par le soleil le jour et la nuit. — On voit dans la /î^. 917 les courbes qui représentent les moyennes TariatioDs diurnes à Hobartown, HH ; Toronto, TT ; le Cap, CC, et Sainte- Hélène, SS.

Il résulte de cette seconde loi que i» les mouvements de l'un des pôles dans un hémisphère sont les mêmes que ceux de Tautre pôle dans Thémisphère opposé ; ou bien que le pôle nord de Taiguille prend des mouvements inverses anx mêmes heures et sur le même méridien dans les deux hémisphères, comme on peut le voir sur les courbes T et H (fig. 917). Magdonald avait déjà remarqué ce fait, et Ârago en avait conclu qu'il doit y avoir une ligne sans Tariations diurnes, dans le voisinage de Téquateur. Cette ligne n'a pas été déterminée, on sait seulement qu'elle ne se confond ni avec l'équateur géographique, ni avec l'équateur magnétique. — i^ Les heures limites dépendant de la position du méridien magnétique, on voit qu'elles seront différentes en deux lienx où la déclinaison est différente ; — elles dépendront aussi de la déclinaison du soleil, et varieront par conséquent aux différentes époques de l'année.

III. Les variations diverses de l'aiguille sgnt le résultat de la superposition de doix variations distinctes, l'une dépendant de la position horaire du soleil , Faatre dépendant de sa déclinaison ou distance à l'équateur, et formant la variation annuelle.

On reconnaît Tintluence de la déclinaison, en construisant la courbe pour deux déclinaisons opposées du soleil. La fig. 918 représente les courbes moyennes des variations diurnes pendant l'été et pendant l'hiver à Sainte-Hélène. Les courbes sont opposées parce que le soleil passe d'un côté à l'autre du parallèle de cette lie. Quand le lieu n'est pas entre les tropiques, il n'y a pas opposition dans les résultats, mais Fig. 948. seulement changement dans Fig 919

l'amplitude. Par exemple , la courbe moyenne à Toronto étant m ( /î^. 9J9) , celle de l'été est E E et celle de l'hiver H H ; le passage d'une de ces courbes à l'autre se fait irès brusquement, au voisinage des équinoxes.

i«C3. YARUTiom DB litojmaisoii.— L'inclinaison éprouve, comme la déclinaison, des variations séculaires, annuelles et diurnes ; mais généralement beaucoup plus faibles.

Depuis l'année 1671 que l'on observe l'inclinaison à Paris, elle a constamment diminué, comme on le voit dans le tableau qui suit :

ANNÉES

INCLINAISONS

ANNÉES

INCLINAISONS

ANNÉES

INCLINAISONS

Il résulte des observalions faites à Londres à partir de 1 720, que rinclinaison y va aussi en diminuant.

Des variations de l*inclinaison résultent les déplacements séculaires des lignes isoclines, ainsi que de Téquateur magnétique. Les changements de position de cette dernière ligne peuvent servir à calculer les variations de rinclinaison en un même lieu, au moyen de la formule 2tangX = tangI (Mii) ; la valeur de >, pour un même lieu, varie quand Téquateur magnétique se déplace, il faut donc que I varie aussi, et Ton pourra en calculer la valeur par cette formule, en la supposant exacte pour la latitude considérée. Arago et De Humboldt ont trouvé ainsi, en partant du mouvement de Téquatcur magnétique de i778 à 1820, une diminution de 5' par an dans Tinclinaison, et seulement de 3', 5, pour les années comprises entre 1820 et 1855.

Variations périodiqaes de rinellaalsoB. — Les variations annuelles de rinclinaison ont été étudiées principalement par M. Hansteen. Il a reconnu, en prenant la moyenne d'un grand nombre d'observations, que rinclinaison est de 15' environ plus grande en été qu*en hiver. Enfin, le même observateur a pu distinguer des variations diurnes : il a trouvé que rinclinaison est de 4 à 5' plus grande avant midi qu'après.

En déduisant les inclinaisons, des intensités des composantes horizontale et verticale (1246), M. Secchl est arrivé à cette loi générale : les variations diurnes de Vinclinaison suivent des phases analogues k celles de la déclinaison, mais avec une avance de trois heures.

i9S4. YAUATioirs DB LiNTEHSiTi. — L*intensité magnétique du globe éprouve-t-elle, en un même lieu, des variations séculaires ? Pour s'en assurer, il faudrait faire osciller à différentes époques une même aiguille aimantée ayan( toujours la même force magnétique : mais on sait combien il est difBcile de

VAIUATIONS DE L*1NTEKSITÊ. 85

conserver intacte la force d*un aimant pendant un grand nombre d'années. On pourrait, il est vrai, employer plusieurs aiguilles très différentes, et celles qui , au bout de plusieurs années, auraient conservé les mêmes rapports entre leurs BOfflbres d'oscillations, auraient aussi conservé leur état magnétique ; car il serait difficile de concevoir qu'elles eussent toutes été modiGées dans un néaie rapport avec leur intensité primitive.

Poisson a indiqué une méthode qui permet de déterminer l'intensité absolue du magnétisme de la terre, indépendamment de la force des aiguilles employées ; il faut seulement en avoir deux identiques dans leur constitution moléculaire et dans leur état d'aimantation. On fait osciller ces aiguilles sous l'influence de la terre seule, puis sous celle de la terre et de l'autre aiguille, en ayant soin de les placer parallèlement à l'aiguille d'inclinaison, et Ton mesure la durée d'une oscillation dans ces différents cas. Il faut aussi connaître la distance des centres de gravité des deux aiguilles, et leur moment d'inertie. La force magnétique de la terre est alors donnée par la formule ¥ =kk' ik'; A-, k\ k' étant des quantités qui dépendent des durées des oscillations. M. Gauss a employé une méthode analogue, et il a reconnu que l'intensité magnétique du globe n'a pas varié à Gœttingue et dans quelques antres lieux, pendant plusieurs années ; mais l'intervalle de temps sur lequel portent les observations n'est pas assez grand pour qu'on puisse rien conclure. Il est peu probable, du reste, que la direction de la force magnétique change en un lieu, sans que l'intensité éprouve quelques variations.

¥ariati«Bs pérkidi^aes de riafeasiié. — Dans les observatoires magné* tiques, on étudie les variations des composantes horizontale et verticale, M. Secchi a déduit, du dépouillement d'un très grand nombre d'observations, ks lois générales suivantes :

I. Le magnétométre bifilaire est soumis à une variation horaire qui est la résultante de deux variations élémentaires, l'une diurne et l'autre semi-diurne. L'amplitude de la variation d'intensité semi-diurne augmente avec la latitude, et est nulle à l'équateur. Les phases par lesquelles elle passe dépendent de la distance angulaire du soleil au méridien magnétique. — Dans les stations à latitudes moyennes, la courbe du magnétométre bifilaire est semblable à celle àskdéclinomètre, mais avec un retard de 6 heures. La période semi-diurne est à peine indiquée à Sainte-Hélène ; elle est ensuite d'autant plus distincte que la latitude est plus élevée.

IL Les variations de la composante verticale suivent les mêmes périodes que celles de la composante horizontale, avec celte différence essentielle que les maximum de l'une correspondent, en général, aux minimum de l'autre et réciproquement.

F«ree totale. — Des composantes horizontales et verticales, on déduit les forces magnétiques totales ; mais les lois que suivent ces dernières sont peu connues , les observations n'étant pas assez nombreuses , surtout près de l'équateur, et de plus les circonstances locales semblent avoir une très grande

influence. Cependant, on a remarqué une période semi-diurne à Toronto : le maximum principal a lieu à 5 heures, le minimum principal entre 15 et 16 heures, le 2« maximum entre 18 et 20 heures, et le 2« minimum entre ii et 25 heures. Au Cap, les variations sont à peu prés complémentaires de celles de la déclinaison.

M. Hansteen, qui avait remarqué dans la composante horizontale, un minimumvers il heures du matin, et un maximum vers 5 heures du soir, et des variations dans les intensités moyennes d*un mois à Tautre, le minimum ayant lieu en mai et juin, et le maximum vers les équinoxes , attribue ces résultats aux variations diurnes et mensuelles de Tinclinaison, d*oû dépend la valeur de la composante; de sorte que Tintensité magnétique du globe n'éprouverait pas de variations diurnes et annuelles susceptibles d*étre mesurées. Cette opinion est confirmée par cette circonstance que les variations des composantes horizontale et verticale ont lieu en sens inverse. On peut donner la même interprétation au résultat obtenu par M. Quételet, qui a trouvé que Tintensité de la composante horizontale a un peu augmenté de 1828 à 1833; c'est que rinclinaison a diminué pendant ce même intervalle de temps.

iS55. PEXTUiBATioirs DB L'AïauiLUS AiHAMTtB. — L'aiguillo aimantée, particulièrement Taiguille de déclinaison , éprouve assez souvent des déviations accidentelles, pour revenir au bout de quelques heures à sa première position. Les marins désignent ces anomalies sous le nom A' affolement». Parmi ces mouvements, il en est qui se rattachent à des causes connues, qui sont les aurores boréales, les tremblements de terre et les éruptions volcaniques. On n'a que peu d'observations sur les deux dernières causes, qui, du reste, ne se font sentir qu'à une petite distance. Dans tous les cas, l'aiguille n'est généralement déviée que d'une fraction de degré, et elle revient à sa position primitive quand cesse le phénomène qui l'a agitée.

Influence des aurores boréales. — La coïncidence entre la présence des aurores boréales et certains mouvements de l'aiguille aimantée, a été découverte en 1740 par Celsius et Hiorter. Nous décrirons plus tard l'aurore boréale ; nous nous contenterons, pour le moment, de dire qu'elle consiste en une apparence lumineuse d'un éclat variable, qui se montre dans l'atmosphère, du côté du pôle. Le plus souvent, cette lumière affecte la forme d'un arc immense à contours diffus, et dont s'échappent des ramifications ou rayonnements lumineux animés de mouvements plus ou moins rapides. Pendant l'aurore boréale, l'aiguille de déclinaison est déviée, même dans les pays où le météore n'est pas visible ; de manière qu'on a pu souvent, à l'inspection de l'aiguille, annoncer la présence d'une aurore boréale dont on ne voyait aucun signe. La déviation n'est que de 20' au plus dans nos climats, mais elle est plus grande quand on se rapproche du pôle. C'est aussi dans les régions boréales qu'on a principalement étudié le phénomène. On a remarqué d'abord que le point culminant de l'arc se trouve dans le méridien magnétique de l'aiguille considérée, et le centre de la couronne, sur le prolongement de