Analyse spectrale

“ L’analyse spectrale devient par là d’autant plus intéressante et féconde, car nous pouvons lui demander non seulement si tel ou tel élément existe dans le Soleil, mais dans quel état physique il s’y trouve et de quel mouvement il est animé. Toutefois, pour obtenir dans cet ordre d’idées des conclusions sûres, on doit surmonter de nombreux obstacles. Il faut que chaque raie puisse être caractérisée et décrite avec une extrême précision, que tout changement de sa situation ou de son aspect puisse être attribué à une cause déterminée, à l’exclusion des autres. ”

“ Tel est le principe fondamental sur lequel est basée l’analyse spectrale. Des corps solides ou liquides incandescents donnent un spectre continu d’autant plus étendu du côté du violet que leur température est plus élevée. Quant au spectre d’un corps gazeux porté à une haute température, il est discontinu et formé de raies brillantes. Si entre une source lumineuse solide ou liquide vient à s’interposer une matière gazeuse portée elle-même à l’incandescence, on voit dans le spectroscope apparaître des raies noires à la place des raies brillantes que donnerait le gaz s’il était seul. ”

“ Depuis quelques années, la science est en possession d'une méthode vraiment admirable, qui permet de reconnaître, à l'inspection d'une source lumineuse, la constitution chimique des corps dont l'incandescence produit la lumière observée : cette méthode, dont l'application à l'astronomie promet pour l'avenir une riche moisson de découvertes, est l'analyse spectrale, ainsi nommée parce qu'elle est basée sur l'étude des spectres qu'on obtient par la décomposition des diverses sources lumineuses à travers un prisme d'une substance réfringente. ”

“ L’analyse spectrale en particulier montre dans la lumière d’un élément chimique donné des ondes monochromatiques nombreuses correspondant à des vibrations complexes qu’il est difficile d’attribuer à une seule et unique particule atomique. ”

“ Nous voici arrivés à la conséquence capitale, au point de vue astronomique, qui découle immédiatement de l'analyse spectrale. Puisque les étoiles sont si éloignées qu'on ne peut parvenir à construire des instruments capables de nous les montrer avec un diamètre apparent sensible, rien ne pouvait faire prévoir qu'on pût jamais connaître leur constitution physique, pas plus que leur composition chimique. ”

“ Ainsi se trouvent confirmées les conclusions fournies d’autre part par l’analyse spectrale concernant la nature principalement sinon totalement gazeuse des nébuleuses.
Quand un soleil est formé, l’analyse spectrale ne renseigne pas seulement sur sa composition, mais aussi sur sa température. « Il existe nombre d’astres dont le spectre est développé du côté du violet ; ce sont ceux en général dont la lumière nous paraît blanche ou bleuâtre » ”

“ Dans les étoiles les plus chaudes, les formes chimiques les plus simples. Complexités croissantes avec l’abaissement de la température, telle serait la formule fondamentale de l’évolution inorganique comme de l’évolution organique elle-même, jusqu’à quelque éventuelle rencontre d’inconnu. Il ne faut point se dissimuler que les études de l’analyse spectrale sont rendues très difficiles par l’imperfection de nos connaissances sur les états élémentaires. Après tant d’heureuses découvertes, notre science n’en est encore, sur ce point, qu’à ses premiers tâtonnements. ”

“ Mais aujourd'hui, grâce à l'Analyse spectrale, ce ne sont plus deux ou trois constantes, c'est toute une fonction définissant le spectre de l'étoile, que nous permet d'atteindre l'observation. À côté de l'Astronomie de position est venue se placer l'Astronomie physique, qui nous donne les renseignements les plus précieux sur la constitution chimique, la composition minéralogique des étoiles et des nébuleuses, sur les étoiles multiples, colorées et variables, sur leur déplacement dans le ciel, sur leurs mouvements en profondeur. ”

“ Si nous jetons maintenant un coup d'oeil sur l'avenir et sur les méthodes qui paraissent les plus riches en promesses de découvertes et de progrès, je crois qu'en dehors du calcul, qui reste toujours un merveilleux instrument, c'est à l'analyse spectrale que les astronomes physiciens doivent s'adresser s'ils veulent faire grandement avancer la science. ”

“ On sait quel ferment nouveau la découverte de l’analyse spectrale a jeté dans les études d’astronomie physique. Depuis quinze ans, le soleil, les étoiles, les nébuleuses, les comètes et les bolides, ont été examinés presque chaque jour à l’aide du spectroscope par une foule d’observateurs habiles et sagaces : il suffit de citer les noms de MM. Janssen, Huggins et Miller, Lockyer, Seechi, Wolf et Rayet, Rutherfurd. ”

“ L'analyse spectrale des astres est un nouveau champ ouvert aux investigations astronomiques. Le phénomène de la dispersion devient un moyen d'analyse chimique extrêmement déjicat : il permettra désormais de constater la présence de tel ou tel métal dans un milieu incandescent donné. C'est ainsi déjà que les astronomes, devenus de nouveaux chimistes, ont pu établir la présence des métaux qui
entrent dans la composition du soleil et de quelques étoiles. ”

“ L’analyse spectrale permet, on le sait, de suivre la genèse des éléments dont se composent les divers univers. La variation des spectres stellaires dans le rouge et l’ultra-violet indique la température des étoiles, par conséquent leur âge relatif, et les raies spectrales font connaître leur composition. On a déterminé ainsi les corps apparaissant dans les astres avec les variations de température correspondant à des phases diverses d’évolution. Dans les étoiles les moins anciennes, c’est-à-dire les plus chaudes, n’existent guère que des gaz peu nombreux, l’hydrogène principalement ”

“ Une étoile ne peut guère être autre chose aussi pour le plus grand nombre qu’une représentation visuelle, c’est-à-dire une pure abstraction, une qualité sans substratum. A la vérité nous pouvons concevoir ce substratum sous forme de gaz, de matière incandescente, l’analyse spectrale a même permis de reconnaître quels éléments y sont contenus, mais tout cela ne peut former en nous que des images vagues, sans précision, bien différentes de la représentation concrète que nous pouvons nous faire de notre montre ou de notre chapeau. ”

“ L'analyse spectrale nous permet d'établir une nouvelle distinction. On sait que le mouvement sonore d'un corps a la propriété de provoquer des vibrations analogues dans un corps capable de vibrer synchroniquement avec lui. La lumière produit un effet tout opposé. Les atomes qui vibrent à l'unisson du rouge arrêtent toujours les rayons rouges. C'est sur ce phénomène, d'ailleurs, qu'est basé le procédé au moyen duquel on a pu déterminer la nature des métaux qui existent dans le soleil.
„ Telles sont les différences capitales qui existent entre ces deux mouvements. ”

“ L'articulation est l'ensemble des parties par lesquelles les os sont unis entre eux ; — L'analyse spectrale a pour but de déterminer la nature chimique des corps à l'inspection des spectres des lumières fournies par ces corps portés à l'incandescence ”

“ Elle provient donc d’un gaz ou d’un mélange de gaz existant dans l’atmosphère. L’analyse spectrale permet d’aller plus loin. Le nombre, la position, et l’éclat des raies brillantes permettent d’identifier le gaz lumineux : c’est un signalement véritable, tout au moins lorsque les circonstances ambiantes sont déterminées.
Un très grand nombre de physiciens ont donc étudié le spectre des aurores polaires. Ils y ont signalé beaucoup de raies brillantes. Il y en a une qui est plus brillante que les autres. On la voit seule lorsque l’on emploie un spectroscope peu sensible. ”

“ La science reconnaît dans les régions qui dépassent le spectre visible à nos yeux, des rayons ultra-rouges et des rayons ultra-violets. Leur continuité avec la partie visible du spectre est aussi complète que celle-ci. — Le spectre continu est l’indice que le corps d’où provient la lumière analysée est solide et porté à l’incandescence. ”

“ On a donné à cet épanouissement d’un plan lumineux le nom de spectre solaire expression peu juste, car l’idée d’un spectre ne s’accommode pas bien avec celle d’un éventail de lumière dont la plus riche palette ne saurait reproduire tous les tons. Les bandes colorées de l’arc-en-ciel ne sont qu’un spectre solaire pâle et très, affaibli, produit par la réfraction des rayons dans les gouttelettes de pluie, et les jeux de lumière qu’on admire dans les bulles de savon rappellent mieux l’éclat du spectre obtenu dans la chambre obscure. ”

“ Par conséquent, si un corps présente dans son spectre d'émission un certain nombre de bandes lumineuses détachées sur un fond obscur, on trouvera dans son spectre d'absorption ces mêmes bandes, obscures, tranchant sur le fond lumineux du spectre continu que l'on aura choisi pour faire l'expérience. ”

“ Pour ce qui regarde les corps solides et liquides, après avoir soumis à l'analyse prismatique la lumière émise par le platine, la chaux, la magnésie, le charbon, et quelques autres substances rendues incandescentes par la chaleur, on a conclu sommairement que tous les corps solides et liquides donnent des spectres sans aucune solution de continuité. ”

“ En second lieu, il s'étale en éventail, et en même temps il se colore des riches nuances de l'arc-en-ciel : c'est ce qui constitue la dispersion. Bien que je n'aie pas à faire ici une étude de physique pure, comme c'est sur l'examen des spectres qu'est fondée la méthode de recherche ou d'analyse qui fait le sujet de ce travail, je crois devoir arrêter l'attention sur ce premier fait etpréciser les conditions du phénomène.
Je suppose que, par une fente verticale à bords parallèles, pratiquée dans le volet d'une chambre obscure, on
fasse pénétrer un mince pinceau de lumière solaire. ”

“ Le spectroscope est un admirable instrument d'analyse, qui nous permet d'atteindre les astres les plus lointains, à la condition qu'ils soient incandescents et de leur demander, non seulement leur composition chimique, mais aussi leur vitesse et le sens de leur mouvement: ce qui constitue notre meilleur moyen de deviner, par comparaison, l'état ancien ou la structure interne de la Terre. ”

“ Le moyen le plus simple d'étudier l'action d'un corps sur les diverses radiations consiste à produire un spectre continu et complet aussi étendu que possible, puis d'interposer sur le trajet du faisceau qui lui donne naissance une lame plus ou moins épaisse de la substance que l'on veut étudier: l'examen direct du spectre lumineux fera connaître, par le nombre, la position et l'étendue des bandes noires qu'on y observera, l'absorption des radiations moyennes. ”

“ Un concept complètement nouveau, dit de spectroscopie intégrale de champ, a été mis en œuvre récemment à l'Observatoire de Lyon : l'image bidimen- sionnelle du champ est découpée en pixels élémentaires, et l'instrument produit sur le récepteur le spectre de chacun d'eux, en une seule pose, et sans que ceux-ci se chevauchent.
Un premier prototype a permis d'obtenir plusieurs résultats scientifiques remarquables dans l'analyse dynamique de la matière près de noyaux de galaxies ou dans l'environnement de quasars très distants (à z = 4.7, soit 10 % de l'Univers) . ”

“ Toute flamme, toute lumière a son spectre ; l’étoile regardée à travers le prisme n’est plus un point immobile qui scintille et décoche son rayon à travers l’infini ; sa lumière s’y décompose, s’individualise en quelque sorte, et nous livre le secret de la nature physique et chimique d’un soleil éloigné.
Lumière, c’est vibration. Or chaque atome a un mode particulier de vibration qui dépend de la masse, de la forme ; en isolant, en séparant les vibrations, le prisme isole aussi les atomes ; le spectre est comme un clavier dont le physicien étudie les notes et les accords. ”

“ L’interprétation serait relativement aisée si à chaque élément chimique répondait une seule ligne du spectre. Ce n’est pas le cas ; à beaucoup près ; tel corps que nous n’avons nulle raison de supposer complexe, comme le fer, donne des raies par centaines, disséminées dans tout le spectre visible et même au-delà, comme le montrent la plaque photographique et des thermomètres spéciaux, promenés dans les régions où notre rétine n’est point affectée. ”

“ Le soleil n'est pas la seule source lumineuse qui puisse donner un spectre. On comprend, d'après ce qui précède, que tout rayonnement composé de la superposition de plusieurs mouvements vibratoires de périodes diverses, sera décomposé par le prisme. Mais on comprend aussi que, suivant la nature et le nombre des radiations émises d'autres termes, si V est constant quel que soit t, on voit que À sera proportionnel à t. Dès-lors la longueur d'onde pourra servir à caractériser un rayon tout aussi bien que sa durée de vibration; j'ai dit que tel est le cas de la lumière se propageant dans le vide. ”

“ Lorsque la quantité de matière colorante augmente, ou lorsqu'on fait croître la couche traversée par les rayons lumineux, les bandes d'absorption se foncent de plus en plus, s'élargissent et finissent par se confondre les unes avec les autres, de manière à former des ombres générales ; on sait déjà qu'en poussant à l'extrême, on finirait par produire l'opacité complète et éteindre tout le spectre. Inversement, si on étend les solutions, si on diminue l'épaisseur, les bandes pâlissent, et, à une certaine limite, s'effacent complètement. ”

“ Enfin la spectroscopie, en nous révélant l'état de la matière portée à l'incandescence dans des conditions que nous n'atteignons pas autrement par la chimie, peut nous éclairer sur ce qui s'est passé pendant la période cosmique de notre planète, au moment où s'est constituée la matière sous les formes que nous lui connaissons, ou même sur ce qui peut se réaliser aujourd'hui encore dans les profondeurs de la Terre. ”