Astronomie populaire (Arago)/XXXII/07
CHAPITRE VII
échauffement des corps par l’action des rayons solaires —
composition de ces rayons — action chimique —
rayons réfléchis, absorbés, transmis
Le genre d’échauffement produit par l’action des rayons solaires, combiné avec les phénomènes de rayonnement vers l’espace, nous conduira définitivement à la détermination des températures des corps terrestres dans différentes saisons. Il faut donc examiner d’avance comment cet échauffement s’opère. Cet examen doit être précédé d’une étude attentive de la composition des rayons solaires.
Lorsqu’un faisceau de rayons à peu près parallèles provenant du Soleil traverse un prisme de verre, et qu’à sa sortie du prisme on le reçoit sur un écran, il donne lieu, comme chacun sait et comme nous l’avons dit précédemment (liv. iii, chap. x), à une bande dilatée que depuis Newton on a appelée le spectre solaire. Les différentes parties de ce spectre sont diversement colorées, l’extrémité qui s’est le moins déviée, en d’autres termes celle qui s’est le moins réfractée, est rouge, celle qui a éprouvé le maximum de réfraction est violette. Les couleurs intermédiaires à partir du rouge sont : l’orangé, le jaune, le vert, le bleu et l’indigo. La lumière blanche du Soleil est donc un mélange de sept espèces de rayons possédant des couleurs et des réfrangibilités différentes.
C’est tout ce que l’œil peut nous apprendre ; mais n’y aurait-il pas d’autres moyens de faire l’analyse de ce faisceau de rayons diversement colorés ? Le thermomètre est un de ces moyens. À l’aide de cet instrument, dont on portera successivement la boule sur les différentes parties du spectre, on découvrira si les rayons de diverses couleurs sont également échauffants.
Les expériences faites anciennement par Rochon selon cette idée, firent voir que les rayons jaunes sont ceux qui échauffent le plus, et qu’à partir du jaune il y a décroissement vers les deux extrémités du spectre. Enfin, en portant la boule d’un thermomètre au delà des limites visibles du spectre du côté du rouge, on découvrit qu’il montait. Ainsi la lumière solaire renferme, outre les rayons visibles inégalement réfrangibles, des rayons calorifiques obscurs moins réfrangibles encore que les rayons rouges.
Dans une première série d’expériences nous avons trouvé le maximum de chaleur au milieu de la lumière jaune, mais en faisant varier la nature du prisme on découvre, à cet égard, des changements considérables. Avec des prismes d’une nature particulière, on voit que le maximum de température ne correspond plus à aucun rayon visible, et qu’il existe au delà du rouge dans une partie où l’œil n’aperçoit aucune lumière. Supposons qu’on forme le spectre à l’aide d’un prisme de sel gemme, le maximum de la chaleur aura toujours lieu au delà des dernières limites rouges du spectre. Mais le lieu où ce maximum de chaleur se manifeste changera de place à diverses heures du même jour, et surtout dans des jours différents ; il se rapprochera plus ou moins du rouge, quoique dans l’état du ciel, dans sa sérénité, rien à priori ne dût porter à supposer des différences.
Les rayons calorifiques obscurs, partie intégrante de la lumière solaire, éprouvent donc des absorptions spéciales, propres à certaines constitutions atmosphériques, qui sont sans influence sur la transmission des rayons lumineux.
L’ensemble de ces phénomènes a conduit les physiciens à se demander si la chaleur des différents rayons solaires ne tiendrait pas à des rayons obscurs qui seraient mêlés à eux, et que le prisme ne séparerait pas, parce qu’ils auraient les uns et les autres la même réfrangibilité, ou bien si, entre le rouge et le violet, les rayons seraient doués à la fois de la double propriété de luire et d’échauffer. Mais nous n’aurons pas besoin d’étudier ici cette question, puisque sa solution ne changerait rien à l’explication que nous donnerons des échauffements variés des corps terrestres à différentes époques de l’année.
Ajoutons un mot sur un troisième mode d’analyse auquel on a soumis les rayons solaires. En portant certaines substances chimiques dans les différentes régions du spectre, on a trouvé qu’elles sont très-inégalement modifiées par les rayons de diverses couleurs. Le minimum d’effet s’observe à l’extrémité rouge, et le maximum à l’extrémité violette et même plus loin. C’est l’inverse de ce que nous avions trouvé avec le thermomètre.
On sait que c’est sur l’action chimique exercée par la lumière sur diverses substances et particulièrement sur les sels d’argent que se trouve fondée l’une des plus belles découvertes de ce siècle, la photographie. M. Daguerre a trouvé que ses ingénieux procédés réussissaient mieux le matin que le soir, bien qu’en choisissant, comme termes de comparaison, des heures également éloignées de midi, des hauteurs du Soleil semblables, des diaphanéités atmosphériques en apparence toutes pareilles, il eût été naturel de s’attendre à des résultats identiques. Certaines modifications qui ne troublent pas d’une manière visible la transparence proprement dite de l’atmosphère, influent donc sur la transmissibilité des rayons dits chimiques.
Nous voici arrivés au moment d’examiner comment la lumière solaire échauffe les corps. Nous pouvons poser comme principe général que les rayons lumineux, tels qu’ils viennent du Soleil, n’échauffent un corps qu’en raison de la quantité de ces rayons qui se perdent dans sa substance, qui sont absorbés par elle. Ainsi, si un corps est parfaitement poli à sa surface extérieure, s’il réfléchit la plus grande partie des rayons incidents, ce corps s’échauffera à peine. C’est ce qu’on observe quand on expose un miroir de télescope en plein soleil. Supposons que la surface de ce miroir soit graduellement dépolie, de manière que le métal ne se comporte plus comme un miroir parfait : dès ce moment son échauffement augmentera. Recouvrez sa surface d’une couche, si mince qu’elle soit, très-peu réfléchissante et dès lors très absorbante, comme le noir de fumée, par exemple, et dans les mêmes circonstances l’échauffement deviendra énorme.
Puisque, d’après ces expériences, les corps ne s’échauffent que par les rayons qui ne sont pas réfléchis, puisqu’ils s’échauffent exclusivement par les rayons absorbés, l’échauffement définitif d’un corps exposé au Soleil dépendra de ses propriétés réfléchissantes.
Les corps qui réfléchissent beaucoup, à égalité de poli, tels que les métaux, s’échauffent moins que les substances minérales dont le pouvoir réfléchissant est faible.
La quantité de lumière réfléchie augmentant considérablement sur tous les corps de la nature, à mesure que l’inclinaison des rayons incidents avec la surface de ces corps devient de plus en plus petite, il faudra évidemment tenir compte de cette circonstance lorsqu’on voudra prévoir d’avance l’échauffement comparatif que la lumière solaire devra produire dans deux cas donnés.
Après nous être occupés de l’action calorifique des rayons solaires dans l’acte de la réflexion, examinons comment se comportent les rayons transmis.
Si l’on expose à un faisceau de rayons provenant du Soleil un corps mince et très-diaphane, c’est-à-dire qui ne fasse éprouver aux rayons qui le traversent qu’un affaiblissement insensible, ce corps ne s’échauffera pas d’une manière appréciable. Si, tout restant dans le même état, le corps diaphane a une telle épaisseur que la lumière émergence ait moins d’intensité que la lumière incidente, en sorte qu’une portion appréciable de celle-ci ait été absorbée dans la matière dont le corps est composé, ce corps s’échauffera. Nous pouvons donc admettre que dans son passage à travers une substance diaphane la lumière solaire ne l’échauffe qu’à raison de la perte ou de l’absorption que les rayons y éprouvent. Voilà pourquoi les corps d’une diaphanéité imparfaite, et à plus forte raison ceux qui sont presque totalement dépourvus de cette propriété, s’échauffent énormément lorsqu’on les expose au Soleil.