Ares tonsents. — Les arcs tangents ont été explîcfué

par Young. Si, parmi les prismes dont les angles réfringents sont de Go degrés, il en est un grand nombre h axes borizonlaux, ils donneront une infniité de parhélies dont l'un sera leparhéiie de 9*j degrés, et (|ui se |)rolongeront sous forme de deux arcs tangents au halo et pouvant se réunir on constituant une courbe unique dont la lorme déterminée par le calcul est uno ellipse; mais la portion inférieure et la portion supérieure sont plus visibles (|ue la partie niojenne. ('/est Venturi qui a fait voir que le halo elli|)tique était formé par la réunion des deux arcs tangents.

Lorsque ces prismes a axes horizontaux prédominent dans l'atmosphère, les pans de ces prismes ayant de petites dimensions laissent donc passer |)eu de lumière; aussi Tintensité des arcs tangents qu'elle produit est-elle très-faible relativement u celle du cercle parhélique.

Les arcs tangents au halo de Mi degrés s'observent plus souvent et ont plus d'éclat: ils sont dus à* la réfraction de la lumière parles angles réfringents d(» ()0 degrés cpje présentent les prismes verticaax non pointés, très-fréquents dans l'atmosphère. (îliaque système de prismes dont l'arête (\st parallèle à une direction particulière dus ' le plan horizontal donne lieu à un point, et la série de ces points forme l'arc tangent au halo, dette explication, donnée par Galle, a été complétée par les calculs jdus développés de Bravais.

Les arcs tangents latéraux sont dus îi dos prismes labulaires'à axe horizontal.

A 68. PliéiioinèBe» sceondalres. — Les phénomènes suivants ont été rarement observés et mal mesurés : ce sont le plus souvent des cercles dont le soleil n'est pas le centre, des parhélies et paranthélies qui ne satisfont |)as aux conditions précédentes; on

METEOROLOGIE OPTIQUE. 80:5

les regarda comme des phénomènes secondaires produits par les précédents.

Si Ton considère un point cjuelconque ap|)artenant à un parhélie, à un halo, à un arc tangent, etc., comme une source lumineuse située dans la partie du nuage générateur la plus voisine du soleil , ce point lumineux pourra à son tour donner naissance à des parhélies, halos, etc., dans le trajet des rayons à travers la seconde moitié du nuage, celle qui avoisine Tobservateur. On aura ainsi des parbélies secondaires, etc., que l'on sera quelquefois porté à confondre avec les phénomènes primitifs d'une autre série.

h 69. JLrcs Bénltluiux. — Halos eiLtraordiiioirMU — il est

d'autres phénomènes, tels que certains arcs du zénith, que l'on ne peut expliquer (ju'en admettant d'autres angles réfringents sur les pointements des prismes.

On observe aussi quelquefois des halos extraordinaires don! l'angle n'est ni de *i3 ni de /i6 degrés: ils sont dus à d'autres angles réfringents que l'on pourrait déduire de là et comparer aux angles que comporte le système cristallin de la glace.

àlO, Cotoimeti lumliiettses. — WmujL «•■•ils. — Des lueurs blanches, verticales, semblables à des colonnes lumineuses, se montrent quelquefois à l'époque du lever ou du coucher du soleil ou de la lune; parfois même ces lumières accompagnent les astres dans leur route sur la sphère céleste. Bravais attribue ces phénomènes à la réflexion des rayons lumineux sur les bases inférieures de prismes peu écartés de la position verticale. Si même il arrive que ces prismes soient immobiles , ils forment un miroir parallèle à la surface terrestre. 11 en résultera une image blanche du soleil, circulaire et aussi élevée au-dessus de l'horizon que l'astre est abaissé au-dessous. On aura ainsi un faux soleil qui descendra vers l'horizon à mesure que le soleil s'éloignera du lieu de son lever. C'est ce phénomène qu'a|)erçut le Hollandais Barentz dans le célèbre liivernage qu'il fît à la Nouvelle-Zemble.

On aperçoit quelquefois des faux soleils en contact avec les bords du vrai soleil, peu après le lever ou peu avant le coucher. Il airivc

HOa LEÇONS SLU l/Ul'TKiLE.

aussi que ios colonnes blanches sf* (iis|)osenl en «*roiv, re qui sc^niblc prouver «[ue les phénomènes sonl dus à la réiloxioii de la lumièir <lans des cristaux.

M\. Expérieiiee» de Bravais sur 1» rcpra#Mcii— arllfieielle de ees plténamèneis. — Bravais a essavé de reproduire artificiellement quelques-uns de ces phénomènes, par exemple les parhélies.

Ils sont produits par des prismes verticaux de 60 degrés dans une position telle (|ue les rayons solaires soient dans la direction du ujininium de <léviation. Comme on ne peut placer une infinité de cristaux dans toutes les positions possibles, Bravais fixe un prisuie de 60 de{rrés sur un axe vertical et lui imprime, à Taide d'un roéranisme d'horlogerie, un mouvement de rotation assez rapide pour pi'il fusse une centaine de tours par seconde. En plaçant ce prisme devant une source de lumière, une bougie, placée à 7 ou 8 mètres de distance et à la même hauteur (pie le prisme, dans une salle obscure, on produit, en un instant unique pour l'œil do l'observateur, la série variée des positions des prismes verticaux de glace, de sorte (|u'on devra apercevoir à travers le prisme tournant des |)hénomènes analogues à ceux qu'offre, vu de loin, un nuage composé de prismes de glac(» verticaux. On peut aussi réaliser ces expériences avec un prisme de verre ou d'eau et se servir de la lumière solaire, à la condition d'en affaiblir convenablement l'éclat. On constate ainsi que, dans la direction qui correspond au minimum de déviation, on a une image d'une intensité bien plus vi\e que dans toute autre direction et qui représente le parhélie.

Pour observer le paranthélie. Bravais dispose sur le même axe mobile deux lames réfléchissantes inclinées l'une sur l'autre de 60 degrés; il les fait tourner très-rapidement pour obtenir reflet d'un i^rand nombre de svstèmes réfléchissants semblables, orientés d'une manière queiccmque. On observe ainsi une image de la source himineuse dans une direction qui fait un angle de t*jo degrés avec la ligne (pii va de I'omI de l'observateur à la source. Dans toute autre direction il \ a cependant aussi de la lumière réfléchie après une M'ule réflexion.

MliTÉOHULOGlt: OPTIQUE. 805

l^our reproduire le phénomène de Fanlhélie, il sullit de faire pénétrer un rayon lumineux dans un milieu réfringent limité par des faces faisant entre elles des angles de cjo degrés. A cet effet, on remplace le prisme tournant par une lame rectangulaire de verre à arêtes verticales, et, pour éviter la multiplicité des images, on noircit trois des faces latérales et on laisse a découvert seulement la quatrième IV (fig. ^277). C'est par cette face que les rayons lumineux entrent, et ils sortent après s'être réfléchis sur les faces R et R' en suivant la route SIRRTS'. On augmente encore la netteté du phénomène en dépolissant la face opposée à R, qui ne doit pas être rencontrée par les rayons lumineux. On dispose l'arête d'intersection des deux faces R, R', sur lesquelles s'effectuent les deux réflexions internes, suivant l'axe de rotation de l'appareil; et, pour que la tête de l'observateur qui reçoit les rayons l'S' n'intercepte pas les rayons SI, on place la bougie de l'autre côté de la lame et on reçoit la lumière qui en émane sur un petit miroir vertical placé à a centimètres de la lame et qui la renvoie sur l'appareil suivant SI. En amenant le plan vertical du mirou* à être perpendiculaire au plan vertical paissant par l'axe de rotation de la lame et par le centre de la flamme de la bougie, l'observateur, placé immédiatement audessous du miroir, voit se former dans la direction de l'axe de rotation une image non colorée de la source lumineuse, et cette image sera parfaitement lixe pendant le mouvement de la lame, si l'arête de l'angle dièdre RR' est rigoureusement parallèle à l'axe de rotalion de la lame.

On peut imiter aussi les arcs obliques de l'anthélie. A cet efl'et, on remplace la lame précédente ou le prisuje tournant par une lame de verre disposée verticalement et par conséquent parallèle à l'axe de rotation de l'appareil. On produit à sa surface un système de stries parallèles en passant, dans une direction convenable, le doigt légèrement graissé : il convient que les stries soient inclinées de 35 degrés environ sur le plan de l'horizon; il est indifférent, du reste, que Tune des faces de la lame ou toutes les deux portent des stries, pourvu que dans ce dernier cas les deux systèmes soient parallèles. Lorsqu'on fait tourner la lame en face d'une source de lumière et qu'on regarde cette source à travers la lame.

806 LEÇONS SLR L'OPTIQUE.

on voil dos strirs liiniincusos diverger de la source. Si la source lumineuse est dans le |)lan horizontal (|ui passe par le centre de la lame, la croix est formée par deux arcs de grand cercle qui se roupeni suivant des angles latéraux de iio degrés; Tangle sujx?rieur ou de raccordement est donc de -70 degrés, double de rinclinaison des stries. Si la bougie a ime élévation de 90 degrés audessus de rhorizon , les arcs obliques se rapprochent de la verticale. (ielte expérience e\pli(|ue les croix de Saint-André que l'on a vues ((uelquefois passer |)ar le centre du soleil. Le même phënoniène j)eut se produire sur l'anthélie. Pour cela, il suffit de tracer des stries sur la l*ac(» d'entrée des rajons (jui pénètrent dans la lame quadrangulaire d(» \erre (|ui nous a servi pour r(»produire le pliénomène' de l'anlhélie. \lors l'image anthéli(|ue de la bougie est traversée |)ar dos arcs lumineux en sautoir, absoITiment pareils à ceux de Fcxpérience précédente: seulement la clarté de cette image est trèsamoindrie par la formation des deux arcs obliques.

Tous les phénomènes cpii dépendent de prismes à axes verticaux peuvent se reproduire avec la plus grande facilité. Si l'on veut, par exemple, imiter l'arc tangent circumzénitbal qui est a 46 degrés du soleil, il suffira de fermer la base supérieure du prisme a eau |)ar une lame de verre à faces parallèles, en excluant avec soin toute bulle d'air, puis de diriger sur la bsae supérieure du prisme un ra\on solaire plongeant incliné de lô à 90 degrés sur rhorizon. (]<» rayon, pénétrant |)ar la base supérieure du prisme, sortira, après deux réfractions, par les faces latérales, en se rapprochant de la verticale, rt si l'on place I'omI |)rès de la base inférieure du prisme et (jue Ton regarde vers le haut, à travers la face latérale, on apercevra sur le plafond de la salle un bel arc-en-ciel présentant le roug(î en dehors et le bleu à l'intérieur. Le phénomène aura le maximum de netteté si l'on a noirci deux des faces verticales du prisme tournant pour éviter la superposition imparfaite des arcs produits par les trois faces qui se présentent successivement, pendant la rotation du prisme, devant l'œil de l'observateur. A défaut de lumière solaire, on pourra se servir commodément d'une bougie (|ue l'on disposera dans le voisinage du prisme tournant, mais un peu au-dessous : en |daranl l'o'il au-dessus du prisme, on recevra

la lumière (|ui, pt^notraiil par la faco lalrrale du prisiiK;, sorl par la base supérieure, et l'on observera les mêmes phénomènes.

^l72. OlMiervatlOB •ImulteBée de «es pliéii«iiiéiie« et de particules §s:lm9éem dans l*atiiiiMiplière« — Ctreoiuitkiiees de leur produelion. — Nous avons rendu compte des phénomènes qui précèdent en admettant la présence de particules glacées dans l'atmosphère. A cet égard, les relations de voyage dans l(»s régions boréales fournissent de» nombreux témoignages. Suivant F. Martens de Hambourg ^*\ Tun des premiers voyageurs qui aient fait des observations au Spilzberg, î^les frimas tombent de la même manière (|ue la rosée, la nuit, dans nos climats. On les voit plu» distinctement quand le soleil darde ses rayons vers un endroit ombragé. Toutes ces parcelles brillent comme des diamants et paraissent comme ces atomes que Ton remarque lorsque le soleil

luit. 77

Eilis à la baie d'Hudson, Parry à Port-Bowen, Brandes, Kaemtz sur le Faulhorn, ont vu des halos et en même temps des aiguilles de glace (lotlanl dans l'atmosphère et brillant au soleil.

Les nuages sur lesquels se forment les halos sont toujours des cirrus plus ou moins légers, quelquefois des vapeurs neigeuses qui communiquent à l'atmosphère un éclat particulier que Tœil a peine à supporter. Situés dans de hautes régions où règne un froid éternel, ces cirrus peuvent se montrer en toute saison, même sous Téquateur. Mais c'est seulement en hiver, par des temps froids et calmes, que les nuages générateurs du halo peuvent quelquefois s'abaisser jusqu'à terre et se laisser voir à une petite distance.

Lorsque les couches élevées de l'atmosphère sont saturées d'humidité, au-dessous de zéro , le moindre abaissement de température détcTuiine la précipitation de la vapeur d'eau à l'état cristallin.

Dans le cas général, cette précipitation a lieu d'une manière confuse; les particules cristallines se groupent irrégulièrement. Les nuages ainsi constitués sont blancs et doués de pouvoirs réflecteurs considérables; ils absorbent la plupart des rayons qui les traversent. Au commencement on voit apparaître une vapeur laiteuse,

'•' llpUoimi ties mifrti(r8 tui .\tn'fl j i. il, |i. •'»-.

808 I.E(;ONS SLU L'OPTIQUE.

un voil(^ uiiiforiiie sur le riel, d'un éclat éblouissant. Dans un état [)lus avancé, ces nuages se disposent en longs (ilamenis^ en cirrus.

Mais si la condensation se fait d'une manière lenle et régulière, il se produira de préférence telle ou (elle foriuo de cristaux. Si, par suite de l'agitation de l'air et de l'égalité de leurs dimensions dans tous les sens, les cristaux n'ont aucune orientation , ils donnent lieu aux halos de sa et de 46 degrés.

S'il se forme des cristaux à axes allongés qui tombent lentement dans une atmosphère calme, l'une des pointes dirigée vers le sol, on voit alors le parhéliede sâ degrés, son parhélic secondaire, l'arc tangent horizontal du halo de ^16 degrés, le paranthélie de 1 90 degrés et le cercle parhéli([ue.

S'il y a en abondance des cristaux lamellaires hexagones tombant dans l'air suivant le plan de leurs bases, on verra un halo de tia degrés dont la partie supérieure et la partie inférieure sont plus lumineuses <}ueles parties latérales, et on apercevra en même temps les arcs tangents horizontaux de ce halo, les arcs tangents latéraux du halo de /i6 degrés et le cercle parhélique.

Entin les cristaux lamellaires ont (|ueiquefois une structure telle que la chute se fait suivant une des trois diagonales. Dans ce cas Sf* produisent les arcs tangents extraordinaires du halo de ^a degrés, le parhélie de /i6 degrés, Tanthélie, etc.

Le cas des balancements, l'accroissement pendant la chute, un commencement de fusion établissent des passages entre les apparences diverses que nous venons de signaler.

Il ne parait pas que ces phénomènes dépendent d'une force directrice autre que la pesanteur; si les axes des cristaux étaient dirigés soit par la force magnétique, soit [)ar l'action des rayons solaires, le parallélisme qui en résulterait se traduirait aussitdt par des modifications d'un certain ordre dans les phénomènes optiques dus « CCS cristaux; or. on ne découvre rien de semblable.

Mi. Formes diverses que peut prendre un ^a1«« — Il

n'est pas possible de représenter par une seule figure la série complète des formels (|ue |)eut prendre un halo complexe, par la raison (|ue ces formes vari<'nl avec la hauteur du soleil au-dessus de

METEUltOLOGIE OPTlnUli.

I*l)orizoii : mais en clioisisbaiil ijuatre termes de |>atihiif;c uit reproduil à peu près la série tien phéiioiiièDeH,

1° Supposons le soleil à une liauleur de i degré (fig. 1178). Le haio le plus complexe possible se compose alors du halo de ua de-

grés, di- (-irliii de !t6 degrés, de Turc tangent supérieur au halo de •is degrés, de la lueur verticale el quelquefois de deux Taux soleils.

■)" Si la hauteur du soleil est de 18 à 40 degrés (fig. u^t)), ou peut voir le balo de -la degrés avec son arc langent supérieur, celui de h6 degrés avec son arc tangent supérieur et ses arcs latéraux, te lercle parhélit|ue avec les parhélics de -jt) degrés, les paranthélies de l'jo degrés, l'anlhélie et une double croix qui passe alors pur l'anlhélie, enfin une lueur verticale.

3° Lorsque la hauteur du soleil est de A5 degrés (lig. -t8o), on peul observer le halo de to degrés avec son halo circonscrit, le lialo de Ati degrés avec ses arcs tangents latéraux, le cercle parhé-

liquf.- avec les parhélies extérieurs au halo circonscrit, les [>aranttiélies de i90 dcfp'és, l'anthélic et la croix à quatre branches de

810 lUBLIOGRAPlilK.

/i° Enfin, si la hauleur du soleil esl di» GT) degrés (lig. -181), on pcul voir le halo de *j'i dcjfrés, le cercle |)arliéliV|ue avec les paranlhélies dr i*Jo d(»jjn»s i»l un«» partie du halo de» 4(> degrés, ordinairement réduit à sa partie infériiuire avec son arc lani^nl inférieur.

Un halo c{uelcon<pie se nianilestant, il suUira de jeter les \eu\ sur ces ligures |)our se rendn* con)|)te des diverses courbes ou taches- lumineuses qui raccompaj^nent. el, si quelque partie du météore échappait à cetti* comparaison, elle rentrerait dans la classe des phénomènes plus rares dont nous avons parlé.

HIULMMinVIMIlK.

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