Polarisation de la lumière diffuse du ciel

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Submitted on 1 Jan 1925

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Polarisation de la lumière diffuse du ciel

M.V. Kartschaguin

To cite this version:

M.V. Kartschaguin. Polarisation de la lumière diffuse du ciel. J. Phys. Radium, 1925, 6 (1), pp.10-19.

�10.1051/jphysrad:019250060101000�. �jpa-00205171�

POLARISATION DE LA LUMIÈRE DIFFUSE DU CIEL par M. V. KARTSCHAGUIN

Institut de Physique ^de l’Université de Moscou.

Sommaire. 2014 Des mesures du degré ^de polarisation ^{de la} lumière diffusée par le ciel ont été faites au moyen du photopolarimètre de Cornu dans la direclion du zénith et dans celle du maximum de polarisation ^{à 90° du Soleil et} dans l’azimut de celui-ci. On a

utilisé les rayons jaunes ^{et bleus et} accessoirement la lumière blanche non décomposée.

Résultats.

La polarisation ^{est d’autant} plus grande que l’atmosphère ^est plus pure, et varie au cours de la journée de manière conforme à une formule proposée par Rubenson,

avec un minimum vers midi pour la direction ^à 90° du Soleil.

La polarisation ^est plus grande pour la lumière bleue que pour les lumières jaune ^ou blanche, la différence ^étant particulièrement nette dans la direction du maximum de

polarisation.

Les observations faites à Moscou pendant l’éclipse partielle ^de Soleil du 8 avril 1921 semblent indiqaer ^un retard dans l’apparition du minimum normal au milieu de la

journée.

i. Introduction. - Depuis la découverte par Arago (i) ^{de la} polarisation partielle ^{de la}

lumière diffusée par le ciel, ^un nombre considérable de savants ont approfondi les détails de ce pliénoinène. ^{Ils ont mis en évidence} qu’il existe des points dans le ciel où la polarisa-

lion est nulle, ^{et ces} points ^{reçurent le nom de} points ^neutres d’Arago, de Babinet (~) et ^de

Brewster (1), d’après ^{les savants} qui les trouvèrent. Le maximum de polarisation ^{fut trouvé}

dans le plan vertical du Soleil à 90° de celui-ci. Brewster donna un tableau de la distribution normale de la polarisation de la lumière du ciel conforlne aux conclusions de la théorie de Soret (~). Les observations de Jensen (~i ^et de Rubenson (1) établirent la variation diurne de la valeur de la polarisation ^{au zénith et à} 901 du Soleil dans l’azimut solaire. Crova (’) ^et

Mac Connel (8) ^ont observé la même variation du maximum de polarisation que Rubenson;

celui-ci proposa des formules qui expriment la variation diurne de cette quantité :

où P est le degré ^de polarisation; ^{x, le} temps ^{en heures à} partir ^de midi; a, b et k, ^des

constantes qui varient d’un jour ^à l’autre suivant l’état de l’atmosphère.

Nous pouvons considérer la polarisation ^{au zénith et} à 90° du Soleil dans l’azimut solaire comme les éléments les plus importants de ^la polarisation de la lumière diffusée par le ciel et, par suite, ^nous pouvons éclaircir le rôle de facteurs divers dans ^ce phénomène ^en

étudiant les déviations à partir de la marche diurne normale de ces éléments. Telles sont les conditions rnétéorologiques ^de l’atmosphère ^et la diminution de l’éclairage ^du ciel, ^déter-

minée par les éclipses ^du Soleil totales ou partielles.

Nous reproduisons ^dans le travail actuel les observations de la polarisation ^{de la}

lumière diffuse du ciel à V0° du Soleil que nous avons effectuées à Kalouga, ^en 1914; ^les

observations de la même quantité ^{et de la} polarisation ^au zénith que nous avons effectuées à Kiev avec la collaboration de M. Raiko pendant ^une éclipse ^de Soleil, ^en 1914, ^{et enfin les}

(1) ^ARAGO. (ll~r~t~res, t. 7, 10.

(=’) Comptes RenduB;, ^{t. 11} (l~fUl, p ^GI0.

(Ü) ComptPS Rendus, ^t. 23. p. ^233.

,{4) PER’UER-EB:NER. Meteoi-ologische Opflk (1922). p. 693.

(5) sl2eteorologi~cl~e ~eitschri ft (l~99), p. lt>8.

(1:) Mémoire sur la polarisation ^{de la lumière} atmosphérique. Upsala (1864).

(~ A nnales de Cltimie et Physique, ^{t. 21} (1890). p. 203..

(zz) !~7~ilosol~hicctl ~’~Tccgrrâine,~ ^{l. 27} (18~9), p. 92.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:019250060101000

observations que nous avons effectuées à Moscou, ^en 1921. pendant ^une éclipse partielle

de Soleil.

Les résultats que ^nous commmuniquons actuellement ne furent pas publiés jusqu’à présent ^{à cause de} la guerre ^et des événements qui la suivirent.

2. Appareil. - ^Toutes les observations furent effectuées à l’aide du photopolarimètre

de Cornu (1). ^Cet appareil ^est constitué par ^un tube dont la partie supérieure porte ^un diaphragme avec une ou plusieurs ouvertures rectangulaires ; à l’autre extrémité du tube,

se trouve fixé un prisme de Wollaston ; ^ce prisme ^{donne les} images polarisées des entailles du diaphragme ^de façon que leurs bords ^se touchent. L’éclat de ces images, polarisées ^à angle droit, peut ^être égalisé à l’aide d’un prisme dp Nicol. La rotation du nicol se trouve

marquée ^{sur un tambour. Le tube, muni du} diaphragme ^{et des} prismes, peut ^{tourner tout}

entier autour d’un axe vertical et autour d’un axe horizontal, ^et peut être par conséquent dirigé ^{vers un} point quelconque ^{du ciel.}

Le degré ^de polarisation ^est mesuré par l’angle de rotation du nicol analyseur.

L’appareil fut modifié pour permettre les observations nocturnes, ^et pour observer la diminution graduelle de l’intensité de l’éclairage ^{du ciel} pendant ^les éclipses. ^{Dans ce} but, ^le prisme ^de Wollaston de petit angle ^{et le} diaphragme portant ^une série d’ouvertures furent

remplacés par ^un prisme ^à angle considérable et par ^un diaphragme ^{avec une seule ouver-}

ture carrée. Pour diriger commodément le tube vers le point ^{à 90, du} Soleil dans le plan

vertical de cet astre, ^{un chercheur} fut fixé à l’axe horizontal de l’instrnment, ^{faisant un} angle

de 90° avec l’axe du tube qui contient les prismes ^{et le} diaphragme. ^{Un filtre} a, qui ^laisse

passer les radiations de A

329 mji à ),

437 _ffitJ4 (en moyenne ~

⁴⁸³ mp) permettait

d’effectuer les observations de la polarisation des rayons d’un domaine déterminé du

spectre. Pour observer les radiations de a = ~ i 0 _mu. à ),

678 m~ (en moyenne i.

624 mp~)

à l’aide du second filtre b un autre appareil ^{de Cornu, tout semblable au} premier ^fut? installé;

ce fut 31. Raiko qui opéra ^{avec cet} appareil ^{et nous donnions ses} résultats simultanément

avec les nôtres.

Nous désignons ^la polarisation ^au zénith et à 90~ du Soleil pour la radialion ~-~ ==483 my.

respectivement par P_ ^et P,)O, ^{les mêmes} quantités pour la radiation ), = 62~. mu respecti-

vement par P’- ^et P’go. Les calculs furent faits à l’aide de la formule :

où c~~ et W2 sont deux lectures sur le tambour du nicol.

3. Observations faites à Kalouga ^et leurs résultats. - 21 juin, ^{à 10 h. 30 mn} (2), P,,o

0,18. ^{Le vent intense} N.-E., les nuages, la fumée des incendies de forêts ^ne per- mettent point d’observer.

22 juin, ^{à 11 h 15 mn,} Py~

0,29. -~lèmes conditions que la veille.

23 juin, ^{à 1} h, jJ90 == ^{0,59; 1 h 23 mn,} P,~o

^{0,59. Ciel clair, vent N.-E., fumée.}

1 h 10 mis, P9U

~, Jô ; ~ ^{h 40} mn, P~o

D,DG.

Les résultats de ces observations, peu nombreuses à ^cause du temps défavorable, permettent ^{de tirer} quelques conclusions. On met en évidence une diminution, presqu’une disparition ^{de la} polarisation, quand ^le point ^visé est couvert d’un nuage. On peut ^noter

aussi la valeur peu considérable de la polarisation ^{le 30} juin ^{et le 1 er} juillet, ^{si l’on} remarque ^la présence ^de fumée dans l’air due à des incendies de forêts au voisinage ^de

la ville, ^et de l’autre côté une augmentation intense du degré ^de polarisation ^{le 2} juillet après des chutes de pluie. ^{Le 30} juin ^{et le 4} juillet, ^{on a constaté vers midi un minimum}

no ta ble dans la variation diurne de la polarisation et, par conséquent, dans les conditions les (’) > P~L~.». Instrunlents d’OptiquE, ^{fase. 3,} p. 29.

~:2) Temps ^local.

12

plus favorables d’observation, la variation diurne de la quantité observée coïncide avec la marche établie par Rubenson.

30 juin.

1er juillet.

Le 2 juillet, pluie; ^{le 3} juillet, nuages.

4 juillet.

13

4. Observations faites à Kiev et leurs résultats.

24 juillet.

Il pleut ^{le 25} juillet.

26 juillet.

14

28 Juillet.

~n ~~,~mf

3 1 juillet.

3 aoiit.

! aoÛt.

Les conditions défavorables qui empêchaient ^{tout le} temps de faire des observ ations

régulières atteignirent leur maximum le 8 aoîlt, jour ^de l’éclipse de Soleil. Ce jour-ci, ^ainsi

que les 25, 26, 2 r, ²⁹ juillet ^{et les 1, 2, 5,} 6, ⁷ août, le ciel était constamment couvert de nuages ^et les observations n’eurent point lieu. Nous n’avons donc réussi à observer ni l’influence de l’éclipse ^sur la valeur de la polarisation de la lumière diffusée par le ciel,

ni la polarisation des rayons de la ^couronne.

Nous pouvons cependant utiliser les résultats obtenus, pour éclaircir quelque; ^détails

16

du phénomène ^{de la} polarisation ^de la lumière diffuse du ci~l, ^{et en} suivre l’allure générale.

La formule de Rubenson

1

paraît ^{fort bien} applicable pour la valeur de la polarisation des rayons bleus (le ^~3 juillet).

Temps ^local... 1~ h ?$ mn >1 h 36 mn 2h36mn 3 h 08 mn 3 h 24 fin 4 h 5~ mn

P~a calculé.... 0,37 0,41 0,45 0,48 0,49 0,5 i

13,~ observé ... 0,37 0,11 0,46 0,48 0,50 0,57

On peut appliquer ^une autre formule de Rubenson

pour la même valeur (le ³ aoîlt).

Les deux formules ne sont point applicables ^aux observations du 24 juillet. ^Les

observ ations des autres jours ne donnent aucune idée sur la marche de la valeur de la

polarisation, mais l’influence de l’état de l’atmosphère ^{sur cette} quantité y est néttelnent

marquée. Les nuages ^sont notés partout ^{au moment de} l’observation, ^{où nous constatons}

une diminution de la polarisation ^{au lieu de} l’augmentation ^attendue.

Piltchikov (’) ^{et Pernter} (2j firent des observations sur des rayons de coloration déter- minée. O11 peut conclure des observations de Piltchikov que les rayons bleus sont plus ^inten-

sivelnent polarisés que les rayons rouges, quoique ^cette différence dépenle des vents qui

dominent au moment de l’observation. La valeur maximum de cette différence correspond

aux vents S.-E. et la valeur minimum et mème une valeur négative ^est constatée* avec les vents N.-O. et O.-N.-O. La lumière blanche fut, ^{selon ses} observations, polarisée ^au

.

maximum pour les vents S.-0. et 1T.-0. et le moins polarisée ^{avec le vent S.-E./ d’où Pilt-}

chikov conclut que ^{ce sont} les rayons rouges qui ^ont 1~111~1LlêlîCe principale, ^sillon prédomi- nante, ^{sur la} polarisation de la lumière blanche. Pernter trouve une polarisation ^maximum

pour les rayons ^{verts avec iin} ciel bleu, ^moins grande pour les rayons bleus ^{et tout} à fait

petite pour les rayons rouges. Avec ^un ciel blanchâtre, quand ^la polarisation ^{est en} général plus ^faible, les ra~-011s rouges ^ont la polarisation ^la plus marquée; les rayons ^{verts se} trouvent le llloins polarisés ^et les rayons bleus le ^sont davantage.

Les vents prédominants pendant ^les observations de Kiev furent les vents du X.- E., ^de

l’E. et du ~T.-~. Des cumulus passaient pendant ^{toute la} période d’observation. A partir ^de

9 h 50 mn, le 2G juillet, ^{et de 1} h, ^{le 3} août, le ciel devint clair et bleu, ^ce qui ^se fit sentir tout de suite par l’augrnentation considérable du degré ^de polarisation dans les deux points

visés. La différence des degrés ^de polarisation des rayons bleus ^et jaunes est évidente sur

les figures t, ~, 3, 4, ^5, 6, ^{où est} représentée la marche de la polarisation. Dans la direction du maximum de polarisation, ^cette différence est toujours positivc ;,au zénith, ^{elle est} plus petite ^et parfois ^inème négative. ^{Les 3 et 4} août, nous avons réussi à observer simultané- ment la polarisation des rayons bleus et celle de la lumière blanche ^non décomposée. ^Le degré ^de polarisation.de la lumière blanche au zénith et dans la direction du 111maximum de

polarisation ^{est moins} grande que pour les rayons jaunes ^{et bleus. Il nous fut} impossible

d’éclaircir la question ^de l’influence des rayons jaunes ^{et bleus sur la} polarisation ^{de la}

lumière hlanche.

’

Si nous prenons les variations des valeurs P., /~, ~’~~ ^et P’90 pour des intervalles de (1) Co7~aptes Rendus, ^{t. 115.} p. ?)?S;).

(2) Der2kschri~’te~i der «’iene3° A kadenue, t. 73 (1901).

17

Fig. ^i.

²⁶ juillet q Fig. ^{2. - 28} juillet.

Fig. ^{3. - 30} juillet. Fig. ^4.

³¹ juillet.

Fig. ^5.

^{3 août} _{Fig. 6.}

_{4 août}

2

18

temps égaux ^dans chaque observation diurne, ^nous obtenons les valeurs moyennes de ^ces variations pour six observations diurnes (l’observation ^{du 30} juillet ^est exclue).

Pour l’intervalle de 12 h 50 mn à 4 h 08 _mn, on trouve

c’est-à-dire que la polarisation des rayons bleus et jaunes ^au zénith croît d’une même

quantité. La valeur de la polarisation au point maximum de la polarisation varie moins que celle du zénith, ^mais toujours de la même façon pour les rayons jaunes ^{et bleus.}

5. Observations faites à Moscou pendant l’éclipse partielle ^et leurs résultats.

-

L’éclipse partielle ^{de Soleil} produit quelques modifications dans l’éclat de l’atmosphère ;

il est donc désirable de mesurer le degré ^de polarisation ^de la lumière diffusée par le ciel dans ces conditions exceptionnelles pour des observations diurnes. Les observations ^se faisaient ^sur la tour de l’Institut de Physique de l’Université de Moscou ; elles ont donné les valeurs suivantes de P 90’

° ’

8 CLVI Z ,

La courbe (fig. 7) indique des variations accidentelles du degré ^de polarisation ^déter-

minées par les nuages, mais ^on voit aussi qu’elle ^{ne manifeste aucune} augmentation ^du

degré ^de polarisation après ^{midi (2 h 30} mn); ^la courbe montre au contraire une diminu- tion et commence à monter seulement vers 4 heures. On peut ^émettre l’hypothèse que ^ce

déplacement du minimum est dû à l’éclipse.

On pourrait affirmer tout ceci avec plus ^de sûreté, si l’on déterminait la variation diurne normale de P 90 ^{en observant cette} quantité pendant plusieurs jours ^{avant et} après l’éclipse. Pour étudier l’influence de l’éclipse, ^on pourrait ^alors profiter de la courbe moyenne de ^ces observations ou bien trouver les valeurs moyennes des constantes dans les formules de Rubenson et en déduire la marche de P90 calculée pour ^un jour donné. Malheu- reusement, les conditions météorologiques, les nuages et la pluie même de la veille, ^la

variabilité du vent après ^le jour ^de l’éclipse ^{rendaient ces} observations impossibles ^ou

inutiles.

6. Résumé. - 1°

Des observations ont été effectuées sur la valeur de la polarisation

de la lumière diffusée par le ciel ^au zénith et à 90° du Soleil dans le plan vertical de cet astre pour les rayons jaunes ^et bleus;

::2° Une diminution du degré ^de polarisation ^est constatée toutes les fois que les points

visés sont couverts de nuages, mème à peine visibles à l’oeil;

3° Une augmentation ^du degré ^de polarisation est constatée avec l’augmentation ^{de la} transparence ^de l’atmosphère;

4° Il est établi que la marche diurne aù point de maximum de polarisation pour certains jours peut ^être exprimée par la formule de Rubenson (1);

5° Il est établi que le degré ^de polarisation des rayons bleus ^au point ^{du maximum}

est plus grand que celui des rayons jaunes. ^Au zénith, cette différence est moins grande, ^elle

est même parfois négative. ^Le degré ^de polarisation ^de la lumière blanche dans les deux

points visés est moins grand que le degré ^de polarisation des rayons bleus ;

6° La variation moyenne de Pz ^et P’z pendant ^{un même} laps ^de temps ^{est la} mème ;

elle est plus grande que la variation de P~~ ^et })/90 pour le même intervalle de temps ;

7° Il est démontré que le minimum normal pour la marche diurne de la valeur P90 ^ne correspond pas à midi ^au jour ^de l’éclipse partielle (8 ^avril 1921).

Nous tenons en dernier lieu à exprimer ^notre profonde gratitude ^{à M. le} Prof. Sokolov pour les précieuses indications et les conseils qu’il ^a bien voulu nous donner.

Manuscrit reçu le 12 novembre 1924.