Les mêmes déformations (extraordinaires auront lieu dans

l'image de la surface de la planète : en particulier, les images successives du nadir seront les cercles limites qui viennent d'être définis.

Enfin, il est à remar([uer qu'un observateur placé eu dehors de la surface de la planète doit voir d'abord une image principale circulaire de la surface totale de la planèt<\ et tout autour une infinité d'images annulaires. Il voit même dans l'atmosphère de cette planète une infinité d'images de la sphère céleste. (]es deux conséquences sont faciles à apercevoir en examinant avec un peu d'attention les propriétés des trajectoires lumineuses qui viennent d'être exposées. (Test en particulier ainsi que la pLinète sera vue par un astronome placé sur la terre.

METKOROl.OGIE OPTIQUE. 7A9

/i^9. Cmm de la ptonéto Jupiter* — Supposons que l'atiiiosphère de Jupiter soit de méuie nature cjue l'atmosphère terrestre*. Désignons par h la hauteur d'une colonne d'air, de densité égale à la densité de l'air sur la surface de la terre, qui exercerait la même pression (jue l'atmosphère de Jupiter: appelons Xj la valeur de X relativement à la terre, gi et g l'intensité de la pesanteur à la surface de la terre et à la surface de Jupiter, ^le rapport de la densité de l'air à la surface de Jupiter à sa densité à la surface de la terre: il est clair qu'on aura

Par suite, si A* et A, sont les puissances réfractives de l'air à la surface de Jupiter et à la surface do la terre, on aura

/♦ - /il ^ , .7.^.

d'ailleurs. X se rapportant à Jupiter comme X, à la terre,

'' S 'il'

donc les réfractions extraordinaires précédemment décrites auront lieu à la surfaco de Jupiter, si l'on a

nX(i +/,)

Ac'est-à-din*

En adoptant io,86 pour le rapport des rayons de la terre et de Jupiter, 338 pour le rapport de leurs masses, on trouve

et la condition ci-dessus se réduit à

11 suHirait donc que l'atmosphère de Jupiter eût la vingtième partie de la' puissance de l'atmosphère terrestre.

750 LEÇONS SI K LOPTIQIK.

Si Ton admet que les masses des deux atmosphères sont dans le même rapport que les masses des planètes respectives « h sera déterminé par Tf^qualion

R et Rj étani les ravons de Jupitor el de la ferre. On trouve dans celte hypothèse

et

â-^ I i:\i)fr\ I 8(^1 V .

ce qui donne 3''/i8' pour IVIévation de Thorizon apparent au-dessub de l'horizon vrai.

Il est évident que les conclusions des calculs précédents ne s'appliquent en toute rigueur qu'au cas d'une atmosphère absolument transparente. Dans la réalité, on ne verrait un peu distinctement h la surface de Jupiter (ju'iino [lartie de la première image de la planète et de la premièn» image du ciel. Tout au plus le soiril demeureraitil constamment visible. Quant aux images ultérieures, elles seraient sans doute tellement aiFaiblics, que leur ensemble donnerait simplement naissance à une bande bleue s'étendant des deux côtés de l'horizon apparent à une distance plus ou moins grande.

V' COLORATION ET VISIBII.ITK DE L'ATMOSPHERE.

430. Couleur bleue du ciel. — L'atmosphère dans son état normal donne lieu à des phénomènes que nous allons étudier : nous voulons parler de sa coloration et de sa visibilité.

11 semble, à première vue, que l'atmosphère soit bleue: mais, eu examinant les faits avec attention, on reconnaît que la couleur bleue du (fiel se produit dans des circonstances très-variées. Il est à remarquer, d'abord, que cette couleur bleue nous vient de tous les points de l'atmosphère et non pas seulement de ceux qui reçoivent directement les ravons solaires : la lumière revient donc colorée en bleu vers notre œil, quel que soit le chemin qu'elle ait suivi. Ce phénomène diffère totalement de ceux que présente un verre coloré : il v a à expliquer la visibilité de toutes les parties d'une manière intense

MÉTÉOROLOGIE OPTIOliK. 751

dans toutes les directions, et la disparition de la couleur bleue par l'interposition des nuages.

On peut faire l'hypothèse d'une leinte bleue inhérente aux molécules d'air; l'atmosphère serait bleue de même que l'eau est bleue lorsqu'elle est pure, verte lorsqu'elle est impure. Mais on doit regarder l'atmosphère comme à peu près incolore. Si elle était bleue, les objets éloignés devraient présenter cette teinte, ce que Ton n'observe généralement pas; cependant un fait paraît confirmer cette prévision, c'est que les montagnes éloignées paraissent bleues : on attribue généralement ce phénomène à la masse d'air interposée. Cette explication est renversée par la remarque suivante, due à Saussure : les Alpes, couvertes de neige, paraissent blanches lorsqu'elles sont vues de très-loin; au contraire, les montagnes qui semblent bleues sont des montagnes de couleur très-foncée. Il faut donc, pour expliquer la coloration des montagnes bleues, dire que l'on voit une teinte bleue dans cette direction, comme on la voit dans une direction quelconque, et que la lumière que l'on reçoit est envoyée par l'atmosphère.

Si l'air atmosphérique avait une couleur propre, cette couleur serait plutôt rouge ou rouge orangé , comme il résulte de l'observation des teintes crépusculaires qui se produisent lorsque la lumière nous arrive après avoir traversé des couches d'air de plus en plus épaisses : les objets éclairés dans ces circonstances sont dans les conditions les plus propres à manifester la couleur de l'atmosphère.

11 y a donc là des phénomènes très-particuliers à expliquer, et l'on ne peut songer à une couleur propre des molécules d'air.

Â31. TkéorlMi de Iiéosard de TlMei et de Mmrkotie. —

Les théories qui ont été proposées sont très-nombreuses; la plus ancienne est due à Léonard de Vinci. Il supposait que l'œil reçoit d'un point de l'atmosphère la lumière diffusée par ce point et en même temps le noir des espaces célestes. On croyait à cette époque que le noir, au lieu d'être l'absence de lumière, était une qualité particulière de la lumière, et l'on pouvait supposer que le bleu résultait de la combinaison de la couleur noire avec celle de la lumière diffusée.

Vbrdet, IV. — Conférences de physique. kïi

752 LEÇONS SUH i;OPTIQUE.

Mariette a donné plus tard une théorie que Bou^juer a <kWelo|ipé« et qui a eu un certain succès. Il suppose que la lumière arrivant du soleil se réfléchit sur les particules d'air elles-mêmes, (|ui aiiraienl la propriété de ne réfléchir «jue de la lumière bleue; or on n'a pas d'exemple d'un milieu dont les particules réfléchissent la lumière, et. s'il s'agit des molécules d'air, on ne conçoit pas que les molécules d'un milieu qui reste toujours le même puissent réfléchir la lu-

mière.

Du reste, on ne peut pas attribuer h' phénomène à une iiiégalilé de densité, car dans ce cas, que la variation supposée soit lente ou brusque, la réflexion totale ne se produira que dans certaines directions et à la surface de certaines couches; par exemple , à la surface de couches sensiblement planes, parallèles à l'horizon, il y aurait une direction déterminée suivant laquelle on recevrait de la lumière, tandis que dans les autres directions on n'en recevrait pas : or, tous les points de l'atmosphère agisvsent de la même manière.

>^32. Théorie de Fabri et de IVewioii. — Mais s'il faut rejeter l'hypothèse d'une réflexion sur les particules d'air ou sur des couches de densités difl'érentes, il est impossible de se refu.ser à admettre qu'il y a en suspension dans l'air des particules étrangères ([ui produisent le phénomène, dette idée, proposée pour la première fois par Fabri. pinsicien français du xvii' siècle, fut adoptée et complétée par Newton.

Si Ton admet (|U(^ le phénomène est dû à des matières tenues eo suspension dans l'atmosphère, on ne peut penser qu'aux particules d'eau, car la poussière ne monte jamais assez haut pour donner lieu aux apparences observées, et, d'un autre coté,reau à l'état de glace ne produit que des phénomènes locaux.

Newton croyait à la présence dans l'air de gouttelettes d'eau extrêmement petites, qui réfléchiraient la lumière des lames minces, particulièrement le bleu du premier ordre. Du reste, les épaisseurs des particules d'eau n'étant pas toujours les mêmes, les couleurs de la lumière pourraient varier. (]ette théorie présente des inexactitudes. D'abord la couleur rouge des nuages ne |)eut être expliquée par la dimension des gouttelettes d'eau qui s'y trouvent, car les

METEOKOLOCilK OI^TlOl K. 753

nuages prennent toujours la couleur de la lumière (|u'ils reçoivent et nous l'envoient sans la modifier. De plus, Tidée de globules sphériques suspendus dans Tair présente des dillicultés; elle ne permet pas de rendre compte des teintes observées au lever et au coucher du soleil. L'explication de Wwton n'est donc pas admissible.

&33. 0k0erv»tl#iui de Worhmm* — Forbes a montré en i S/iT) que l'eau répandue dans l'atmosphère possède toutes les propriétés nécessaires pour colorer la lumière. Depuis, il a indiqué comment le hasard l'avait conduit à ses découvertes sur ce sujet. Il se trouvait, par une belle journée, placé sur une locomotive ayant le soleil opposé au tuyau d'échappement, et regardait cet astre à travers le jet de vapeur : il l'aperçut coloré en jaune orangé à un endroit oii la vapeur n'avait pas encore pris la forme de nuage blanc. Des signaux lumineux observés le soir sur la route parurent avoir la même teinte. Il fallait en conclure que la vapeur si l'état ga>eux et sec passe, avant de prendre l'apparence de nuage, par un état intermédiaire sous lequel elle transmet une couleur rouge orangée. Si la vapeur se trouve dans l'air à cet état particulier, elle doit transmettre et réfléchir la lumière: elle transmettra le rouge orangé et réfléchira la teinte complémentaire, c'est-à-dire le bleu. La lumière transmise aura une teinte orangée, jaune ou rouge, suivant l'épaisseur plus ou moins grande des particules d'eau , et tous les phénomènes que présente la lumière à l'horizon se trouveront expliqués par la combinaison des teintes fournies par réflexion et par transmission.

434. Tkéorie de JÊÊ* Ctoueiue* — M. Clausius a prouvé que l'état particulier sous lequel se trouve la vapeur d'eau dans l'air est le commencement de l'état vésiculaire. Si l'eau forme une vésicule aussi mince que possible, elle réfléchira vers l'œil la première teintr lumineuse des anneaux de ^ewton,et, comme le premier anneau obscur est sensiblement bleu , il est tout à fait évident que les premières vésicules qui se forment, étant extrêmement minces, doivent réfléchir les rayons bleus et transmettre la teinte complémentaire.

Il faut ajouter que l'atmosphère nous transmet la lumière sans

754 LKÇONS SlfB L'OPTiylfE.

en alt(^*ror la propagation roctiligno : or il riVn serait pas ainsi dans le cas où elle traverserait des globiilçs pleins et spheriqiies comme le supposait Newton. En effet , un faisceau cylindrique serait alors transforme^ en un faisceau conique ayant pour sommet ie foyer de la lentille formi^e par le petit globule, et le phénomène se présenterait sous un tout autre aspect; les contours qui limitent les objets observés à la surface de la terre ou les astres ne seraient plus nettement déterminés. Il résulte de là que, puisqu'on admet rexisCenoe et Faction de corpuscules étrangers, il faut les choisir de manière (]ue la marche de la lumière ne soit pas contrariée. l>ne lame homogène à faces parallèles peut seule satisfaire à cette condition : ta lame peut étn» courbe, de forme quelconque et en particulier sphérique. Des molécules de celte forme doivent exister dans l'atmosphère, car la forme vésiculaire e.st celle sous laquelle s'y condense la vajieur.

Ainsi les vésicules d'eau disséminées dans l'atmosphère réfl^ chissenl la lumière qui se colore en bleu par interférence: elles nou.<i transmettent des rayons colorés en jaune orangé aussi par interfér.*nce. Ces idées sont d'accord avec l'ensemble des observations. Les couleurs réfléchies doivent être plus marquées que les couleurs transmises, et c'est en efi'et ce qui a lieu : la teinte rouge n'est sensible que sur la lumière solaire qui a traversé les couches de l'atmosphère les plus basses; ces couches contiennent vers le soir une plus grande r|uantité de vapeur d'eau que dans la journée, à cause du refroidissement de l'air au coucher du soleil.

Quand l'air est humide, la teinte bleue finit par passer au blanc: cela se conq)rend facilement. Lorscjue l'atmosphère sera très-sèche, elle lie contiendra qu'un très-petit nombre de vésicules; de plus. ces vésicules auront une épaisseur" très-faible et par conséquent réfléchiront le bleu du |)reinier anneau de Newton, et quelquefois même ne réfléchiront aucune lumière; on observera alors le bleu caractéristique des climats méridionaux. Si la vapeur d'eau e$i plus abondante, les vésicules augmentent d'épaisseur, mais leurs épaisseurs sont très-différentes les unes des autres: on doit donc recevoir i>ar réflexion des rayons lumineux de toutes couleurs, doot les efl*ets combinés donnent des rayons blancs. A mesure que les dimensions «les vésicules augmenteront, la proportion.de lumière

blanche augmentera; enfin un nuage ne diffusera plus vers notre œil que de la lumière blanche.

A3 5. Réfutation des obJectloiM faites àeette tké#rie. —

Cette théorie a soulevé diverses objections. On a dit qu'il est impossible d'admettre l'existence de vésicules dans l'atmosphère sèche. Cela est incontestable, mais il y a incessamment dans l'atmosphère des courants qui mélangent des couches de températures différentes; de là de petites précipitations de vapeur d'eau à chaque instant.

On a aussi avancé que des sphères pleines liquides rempliraient aussi bien le but que des vésicules creuses. Mais il faut remarquer que la lumière réfléchie par une goutte d'eau sphérique se con)pose de la lumière que réfléchit la première surface, plus la lumière réfléchie par la seconde surface, La lumière reçue par la première surface est renvoyée dans toutes les directions; mais sur la seconde les rayons n'arrivent qu'après s'être réfractés, de sorte qu'un faisceau cylindrique devient un cône quand il arrive à la seconde surface , et il n'y aura qu'un très-petit nombre de directions suivant les^ quelles la lumière se composera de deux rayons réfléchis par les deux surfaces et capables d'interférer. L'objection n'a donc aucune valeur et l'on ne peut se refuser à accepter l'explication de M. Clausius.

d" polarisation atmosphérique.

436. Héeauverte d'Araso* — INreetioM dv plan de palarisatlon* — La réflexion de la lumière sur les vésicules d'eau donne lieu à un autre phénomène, la polarisation atmosphérique, dont la découverte est due à Arago. En regardant le ciel à travers une lame de quartz et un analyseur, il observa une coloration ; il essaya alors de r^arder de la même manière la lumière d'une lampe ou des nuages ; il ne trouva rien de pareil; mais la même apparence se reproduisait s'il plaçait dans ce cas devant la première lame une tourmaline ou une lame de spath pour polariser la lumière; la polarisation atmosphérique était ainsi trouvée en même temps que la polarisation chromatique.

La lumière du ciel est donc polarisée, et, si l'on reçoit sur un polariscope à bandes de Savarl, placé dans une lunette, la lumière

756 LEÇONS SLR L'OPTIQUE.

qui émane d*' divers points du ciel, on reconnaît que le plan de polarisation contient le soleil , l'observateur et la direction du ravon que reçoit Treil : c'est le caractère le plus marqué de la polarisiation par réflexion.

La loi que nous venons d'indiquer est due à Arago: elle se ?érifie très-e\actenienl si l'on considère des points qui ne soient ni rapprochés ni très-éloipnés du soleil; mais la lumière que Ton reçoit sur l'analyseur est loin d'être complètement polarisée.

487. Horlose polaire de m* llTIieiitiitOMe. — La relation qui existe entre le plan de polarisation de la lumière bleue du ciel et la position du soleil a permis à M. Wheatstone de construire on instrument curieux auquel il a donné le nom lYharloffe polaire et qvi peut indiquer Theure à cinq minutes près. H se compose d'un tobe incliné suivant la direction de Taxe du monde et qui reçoit les rayons parallèles à cet axe : ces rayons sont polarisés dans le plan qui passe par le soleil et par Taxe du monde: or ce plan n'est antre chose qu'un plan horaire; si donc }'a])pareil permet do déterminer k chaque instant ce plan, on aura par cela même la position du plan horaire et par suite l'heure solaire. A cet effet , h l'une des extrémités du tube est placée une lame mince cristallisée; l'épaisseur de celte lame a été choisie de manière à développer des couleurs très-sensibles; on la forme parla juxtaposition de parties d'épaisseurs diverses figurant une fleur ou un papillon et qui prennent dans la lumière polarisée des colorations différentes. On regarde h travers ranalyseur et l'on tourne la plaque jusqu'à ce que la coloration disparaisse : la section principale de la lame mince est alors parallèle au plan de polarisation de la lumière incidente. Comme la plaque mise en mouvement déplace une aiguille qui parcourt un cadran, on peut conclure l'heure de cette simple observation si Ton a disposé le cadran per|)en(liculairement à l'axe du monde, ce que Ton fait une fois pour toutes.

à*iii. Position dea pointa neutre». — Si le soleil est Irèsélevé au-dessus de l'Iiorizon, les choses se |>assent comme nous venons de rindi(|uer: mais, s'il (»st voisin de l'horizon, le phénomène

METEOROLOGIE OPTIQUE. 757

chiinge. Au-ttestious de 3o def^r^s d'élëvation du soleil, la poUri- Kalion atlcint son maximiiiu en un |ioiDl (|ui est tk ^o degrés du soleil. Cette polfirisadon dlruiniie à partir de là jusqu'à un point qji elle est nulle el que l'nn appelle point neutre. Le point neutre s'élève de ifi ;■ ■).'> degrés au-dessus de l'horizon du rtHé opposé au soleil; au-dessous de re point, le plan de polarisation est perpendiculaire au plan de réflexion.

Ce point neutre n'est pas le seul : il en est un autre qui a été découvert par iVI. Rabinet au voisinage dii soleil. (|uand il est voisin de t'horizon. t^e point se trouve su-dessus du soleil, Au-des.sus de ce point le plan de polarisation esl vertical, au-dessous il est horizontal. M. Brewster en a indiqué un troisième un peu au-dessous du soleil; au-dessous le plan de polarisation est horizontal, au-dessus il est vertical.

Dans la ligure n 6 5 , les

points N, N', N' représenteot

les points neutres, M est le

point maximum. Les lettres V

et H représentent les portions

d'arc oii le plan de polarisation

''*"'*^' est vertical ou horizontal. Dans

tout autre plan vertical que celui qui passe par.lle soleil, il n'y a pas

de point neutre.