Raie spectrale

“ M. Liais dit positivement que nous ne sommes certains de l'origine solaire d'aucune des raies du spectre.
Après avoir établi la loi du renversement des raies du spectre, M. Kirchhoff songea à appliquer l'analyse spectrale à la constitution physique du soleil. ”

“ 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. ”

“ Le soleil renverse toutes les raies brillantes que fournirait sa propre enveloppe, ou, en d’autres termes, chacune des raies obscures du spectre révèle négativement la présence d’un corps simple particulier dans l’atmosphère de l’astre central. Or on compte aujourd’hui des milliers de raies obscures dans le spectre. Combien le corps qui nous envoie la chaleur et la lumière ne doit-il donc pas être riche en corps simples ! Beaucoup de ces raies occupent la place qui correspond à des métaux terrestres connus ”

“ On vit que la lumière électrique donne, non pas des raies sombres, mais un certain nombre de raies lumineuses. Examinant la lumière produite par la flamme d’une lampe à alcool ou à gaz dans laquelle on fait vaporiser un métal ou un de ses sels, on vit que cette lumière ne donne pas un spectre continu, mais seulement un certain nombre de raies brillantes, séparées par des espaces obscurs, et l’on s’assura que le nombre de ces raies brillantes est constant pour un même métal et qu’elles occupent toujours la même position par rapport aux raies du spectre solaire. ”

“ Dans cette conception, la multiplicité des raies d’un spectre donné devenait facilement explicable, chaque raie correspondant à la vibration d’une des particules de l’atome donné et les diverses particules ayant des vibrations ou plutôt des révolutions variées, de même que les diverses planètes qui tournent autour du soleil ont besoin de temps variés (et constants pour chacune) pour faire une révolution complète. ”

“ L'identification n'est pas douteuse lorsque les coïncidences sont nombreuses, comme c'est le cas pour le spectre du fer, ou lorsqu'on retrouve dans le spectre solaire les raies les plus intenses du spectre terrestre, avec leur caractère particulier. Ainsi, il n'est pas douteux que la double raie D du spectre solaire est bien la double raie jaune caractéristique du sodium, les raies étant très intenses et présentant le même écartement dans les deux cas ”

“ Si, dans son aspect d’ensemble, le spectre d’une étoile ne dépend que de sa température, il n’en subsiste pas moins entre les différentes étoiles d’une même classe spectrale des différences secondaires dépendant d’autres facteurs. Celle qui est connue depuis le plus longtemps est le déplacement d’ensemble de toutes les raies du spectre dû au mouvement de l’étoile par rapport à nous. ”

“ 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. ”

“ 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. ”

“ 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. ”

“ Beaucoup de personnes, même dans les classes cultivées, s’imaginent que la raie a une existence objective et qu’elle change réellement de place en même temps que l’observateur. Je puis attester que quelques-unes en paraissent surprises. En réalité, la raie lumineuse est subjective et quand l’observateur marche, les petites vagues éclairées n’avancent pas. Dans toute la portion de la surface qui nous paraît obscure, les ondulations sont frappées par la lumière de la lune tout aussi vivement que dans la portion brillante, seulement les reflets n’arrivent pas jusqu’à notre œil. ”

“ Notre programme devrait encore aborder l'analyse des applications à l'étude des comètes, des étoiles filantes, etc.. Il lui faudrait même aborder un sujet spécial et d'une haute importance, celui de la Photographie spectrale.
A l'image d'un astre, la Science joint aujourd'hui, comme corollaire indispensable, le spectre des rayons qu'il envoie, c'est-à-dire l'inventaire exact et complet de l'ensemble des radiations qu'il émet. ”

“ Speclrohéliogrammes de raies des vapeurs basses. — A priori, on peut obtenir des spectrohéliogrammes avec n'importe quelle raie du spectre de Fraunhofer ; mais on est rapidement limité dans cette voie par la difficulté d'isoler correctement dans la fente sélectrice, même avec un spectrohéliographe dispersif, les raies très fines, qui constituent la grosse majorité des raies solaires. Quelques essais ont été faits dès 1894 par Deslandres sur les raies les plus importantes du fer et de l'aluminium ; ils ont été repris par Hale et Ellerman en 1903 ”

“ Le spectre de raies de Fraunhofer. — Nous avons déjà dit que le spectre du Soleil est un spectre continu, sillonné de raies sombres dues à l'absorption par l'atmosphère solaire de certaines des radiations émises par la photosphère. Le premier observateur qui signala l'existence de ces raies fut Wollaston en 1802 ”

“ 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. ”

“ Ses premières recherches devaient porter sur l’étude approfondie des raies obscures que fait naître dans le spectre solaire l’absorption élective, exercée par l’atmosphère terrestre. Ces raies « telluriques, » peu apparentes quand le Soleil est élevé sur l’horizon, s’accentuent et s’élargissent beaucoup au moment du lever ou du coucher, parce que la route des rayons dans l’atmosphère est alors plus longue ; elles s’affaiblissent au sommet des montagnes, où l’air devient plus rare. ”

“ Niveau de production des raies
Mesure des croissants du spectre-éclair. — Considérons les images des radiations de la couche renversante données par un spectrographe sans fente : il est clair que, si le contour de la Lune était aussi régulier que celui du Soleil, le croissant AB (fig. 23) , donné par une radiation de basse altitude serait plus court que le .croissant A' B' correspondant à une raie de niveau élevé et l'on conçoit que l'altitude de la surface de niveau S pourrait être déduite de la mesure de la longueur AB. Mais le contour de la Lune est loin d'être régulier. ”

“ 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. ”

“ Il est vraisemblable d'admettre qu'il y a là des métaux inconnus, peut-être ceux auxquels appartiennent les raies non identifiées du spectre solaire, peut-être d'autres encore que nous ne connaîtrons jamais. ”

“ 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. ”

“ Le spectre et les raies sont modifiés selon les métaux que l'on emploie comme électrodes. La position des raies brillantes est fixe et indépendante de l'intensité du courant. Les raies sont remarquables par leur éclat avec le charbon : une raie vert pomme caractérise le zinc ; une teinte violette, le plomb; le vert intense, l'argent. ”

“ Un spectre du premier ordre consiste dans une bande colorée continue, où l'on ne voit ni lignes sombres, ni bandes brillantes séparées par des intervalles obscurs : c'est le spectre solaire, dont les couleurs sont plus ou moins vives et l'étendue plus ou moins grande, mais dépourvu des raies noires qui le caractérisent. ”

“ Certaines de ces raies, qui se détachent avec une intensité supérieure, servent de repères pour identifier les autres.
Plus de 20 000 raies ont été, jusqu’à ce jour, photographiées et cataloguées dans le spectre solaire. Des appareils plus parfaits en révéleront, sans le moindre doute, beaucoup de nouvelles. Sur ce nombre, très peu tendent à indiquer la présence de métalloïdes dans le Soleil. Une fraction importante, un tiers environ, peut être rapportée avec certitude soit à l’oxygène et à la vapeur d’eau de l’atmosphère terrestre, soit aux vapeurs métalliques de l’atmosphère solaire. ”

“ 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 ”

“ Au contraire, les causes les plus diverses, interposition d’un milieu plus épais et plus chargé, obliquité plus grande des rayons, assombrissement du spectre, pourvu qu’elles aboutissent à une diminution de la clarté, amènent dans le même ordre les mêmes modifications de la couleur. Puisqu’un même rayon, suivant qu’il est plus ou moins intense, donne un spectre différent, n’est-ce pas que la couleur résulte d’un conflit et d’un compromis de l’obscurité et de la lumière, et que l’énergie relative des deux éléments en détermine l’espèce ? ”

“ Déjà la reproduction des rayons invisibles du spectre solaire avait été une preuve du nouveau et puissant moyen d'investigation apporté à la science par la photographie; mais le fait de l'action directe, si nette, opérée sur une plaque sensible par des rayons lumineux invisibles à l'œil astronomique et dont la source est tellement éloignée de nous que ces rayons mettent, pour arriver jusqu'à la terre, des durées qui dépassent des milliers d'années, voilà, évidemment, qui dépasse tout ce que l'imagination pouvait rêver! ”

“ D’après les deux physiciens anglais, si les raies sont dues à la puissance absorbante de l’atmosphère solaire, qui arrêterait certains rayons lumineux de préférence à d’autres, le spectre devrait être d’autant plus sillonné de bandes obscures qu’il est produit par des rayons lumineux plus rapprochés du bord du disque solaire. C’est admettre que les rayons venus du bord traversent l’atmosphère solaire sur une plus grande longueur que ceux qui émanent du centre. ”

“ La lumière propre émise spontanément par le tube de radium (sans la bobine d’induction) a toujours donné un spectre continu sans raies noires ou brillantes se détachant sur le fond, avec un spectroscope qui, il est vrai, était peu dispersif. ”

“ Les progrès modernes de la Spectroscopie ont permis de préciser ces raisons : un atome dans son état normal n'est capable d'absorber que certaines des raies de son spectre et, si cette série particulière de raies se trouve dans l'ultraviolet au delà de 2 900 À., elle est inobservable dans le spectre solaire. ”

“ Les mesures micrométriques directes des groupes stellaires ne nous révèlent que des déplacemens dans le sens perpendiculaire au rayon visuel ; le spectroscope seul peut nous faire connaître des mouvemens qui ont lieu dans la direction même du rayon. En effet, la couleur de la lumière qui nous vient d’une étoile est légèrement modifiée par la vitesse avec laquelle l’astre se rapproche ou s’éloigne de nous, et il s’ensuit que les raies spectrales sont un peu déviées vers la droite ou vers la gauche. ”