Observation du spectre d'émission du ciel nocturne dans l'ultra-violet

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Observation du spectre d’émission du ciel nocturne dans

l’ultra-violet

J. Dufay

To cite this version:

OBSERVATION DU SPECTRE

D’ÉMISSION

DU CIEL NOCTURNE DANS L’ULTRA-VIOLET

Par M. J.

DUFAY,

Directeur de l’Observatoire de

Lyon.

Sommaire. 2014 Etude d’un cliché obtenu avec un spectrographe de quartz, en visant au zénith. Lon-gueurs d’onde de 78 bandes ou raies d’émission dont 45 inférieures à 3 900 Å.

Ce _spectre diffère de celui des aurores polaires : 1° _{par la faible intensité des bandes négatives} de

l’azote, et celle, relativement plus grande, des bandes du second groupe positif; 2° par la présence d’un bien _{plus grand} nombre de raies _d’origine incertaine ou inconnue

On étend à la _région ultraviolette les _{rapprochements déjà} faits dans le _spectre visible par Cabannes

et l’auteur avec le _spectre rouge de l’argon, celui de l’hélium neutre et surtout le spectre, d’origine inconnue,

des noyaux cométaires.

Le _spectre continu à raies de Frauenhofer s’affaiblit _beaucoup au-dessous de 3 500 Å, tandis que les bandes et raies d’émission demeurent intenses jusque vers la limite de la transparence atmosphérique.

Elles expliquent la grande intensité du _rayonnement du ciel nocturne dans l’ultraviolet, signalée

autre-fois par l’auteur.

1. - On _a décrit

plusieurs

fois le

_spectre

d’émission du ciel nocturne dans la

_région

visible

_[1,

2,

3,

4,

5].

L’absorption

des gros

prismes

de flint dont on se sert

genéralement

limite les

_spectres

aux environs de 3 9001. Seul un _{cliché obtenu par}

_Sommer,

_pendant

une nuit

_{d’apparence}

_{exceptionnelle,}

a montré des bandes d’émission

J’ai

_employé

dans mes

_premières

recherches un

spectrographe

à deux

_prismes

de

_quartz

de 60°

(dispersion

120À par mm vers 3

500 À, longueur

des

spectres

de 4 800 à 3 0001: 12

_{mm). L’appareil,}

ouvert à

_{F ¡J,5,}

était _{relativement peu lumineux}

_et,

_pour

impressionner

les

_{plaques Jougla, étiquette}

mauve, en

posant

une

_cinquantaine

d’heures,

je

devais ouvrir assez

_largement

la fente. La définition était par suite médiocre. Ces

_{clichés, comparés}

à ceux

_qu’on

obtenait u,u

_crépuscule

avec la même

_{largeur de fente,}

ont montré la

_présence,

_pendant

la

nuit,

d’un

_spectre

continu à raies de

_Frauenhofer,

mais on

_{n’y distinguait}

aucune raie d’émission.

Un cliché

_présentait

un

_aspect

différent et faisait songer à un

_spectre

d’émission. Il avait été obtenu à Courbons

_{(Basses-Alpes,}

altitude 900

_m),

du 13 au 9 ~

_septembre

1925,

en visant au zénith avec une

fente relativement _{fine. La pose,}

_répartie

sur

_plusieurs

nuits,

n’avait duré au _{total que 25 heures. Le cliché}

pétait par suite très

faible,

mais bien détaillé. Comme il ne

_comportait

aucun

_spectre

de

_référence,

l’étude en

paraissait

difficile et a été

_longtemps

différée.

Cette étude a été faite

_depuis

au

_comparateur

et au

microphotomètre enregistreur

de Koch. En

_plus

du cliché

_original,

on a étudié aussi 2

_{copies négatives}

contrastées de celui-ci. Un certain nombre de raies de

Frauenhofer ont _{pu ainsi être}

_{identifiées ;}

elles ont servi de

_repères,

et comme la

_dispersion

de

_l’appareil

était d’autre

_part

bien connue, il a été

_possible

de déterminer les

_longueurs

d’onde des raies ou bandes

d’émission.

_{L’enregistrement}

du cliché

_original

a seul servi aux déterminations de

_longueur

d’onde. Ceux

des

_copies

contrastées ont été utiles pour évaluer

grossièrement

l’intensité des radiations suivant une

échelle arbitraire de 1 à 5. La

_figure

1

_reproduit

l’un

d’eux.

2. - Le tableau I donne les

longueurs

d’onde des raies

_{d’absorption}

du ciel nocturne

_comparées

à celles du ciel diurne obtenues avec le même

_{spectrographe}

et la même

_largeur

de fente. On a

_pris

comme

_point

de

départ

la raie h de

_{l’hydrogène,}

fine et facile à

recon-naître,

pour

laquelle

on a admis la

_longueur

d’onde

4 102 1.

TABLBAU I. - Raies

d’absorj)tion,.

La raie K

_parait

_déplacée

vers les

_{petites longueurs}

524

d’onde par la raie d’émission 3 935 À

qui

la recouvre

en

_{partie ;}

de même la raie N

_{parai t déplacée}

vers les

grandes longueurs

d’onde par la bande 3 578 Á. 3. - Le tableau Il donne les

longueurs

d’onde des bandes ou raies d’émission entre 4 815 et 3 bOl

_A,

_région

déjà explorée

par

plusieurs

observateurs. En

_regard

figurent

les

_longueurs

d’onde des radiations

corres-pondantes

dans les

_spectres

obtenus en 1933 au Picdu

Midi,

en collaboration avec Cabannes

_[4].

Ces

_derniers,

beaucoup

plus

riches et

_plus

_{détaillés que le}

_spectre

étudié

_ici,ont

_permis

de dédoubler

_plusieurs

radiations.

Toutefois,

la

_plupart

des radiations

_intenses

observées

avec Cabannes se retrouvent dans ce _{cliché et les}

po-sitions coïncident en

_général

à 1 ou 2 Â

_près.

TABLEAU Il

_(2).

Bandes ou raies de 4 8 9 ~5 à 3 ~J 0 ~ 1.

L’absence du groupe intense 4 868

(3)-4

837

₍₄₎

_peut

résulter de la différence de sensibilité

_spectrale

des

plaques

employées :

la sensibilité de la

_plaque

_Jougla

mauve utilisée à Courbons tombe

_beaucoup

_plus

vite vers les

_{grandes longueurs}

_{d’onde que celles des}

plaques Fulgur qui

ont servi au Pic. Parmi les raies

d’intensité au moins

_égale

à 2 observées au Pic

(sur

une échelle de 0 à

₅₎

on retiendra donc seulement

l’absence sur le cliché cle Courbons des radiations

(1) De nombreuses radiations observées au Pic et non retrou-vées sur le cliché de Courbons ne _{figurent pas dans} ce Tableau. (~) Les tableaux II et III complètent celui _qui a été _publié précédemment aux _Comptes Rendus

_[1]

en _{y apportant quelques}

légères corrections.

Il est

_possible

_qu’elle

résulte seulement d’une moins bonne définition.

Il

_n’y

a _{pas lieu de considérer}

_plus

attentivement

cette

_{région spectrale,}

dont l’étude a

_déjà

été faite et sera

_reprise

_{prochainement,}

avec

_Cabannes,

sur un

grand

nombre de bons clichés. Dans

l’ensemble,

les

longueurs

d’onde obtenues ici confirment l’exactitude

du

_repérage

basé sur les raies de Frauenhofer et donnent

confiance pour l’étude de la

_région

ultraviolette. 4. - Le tableau III donne les

longueurs

d’onde des

radiations mesurées entre 3 900 et a 000 Á. Celles

_qui

paraissent

avoir été observées

_déjà

_par Sommer dans

le

_spectre

du ciel nocturne

_{r 1J}

_{et par}

_Vegard

dans le

spectre

des aurores

_[8]

sont suivies

_{respectivement}

des

lettres S et V. On a noté en

_regard

les _{bandes du groupe}

négatif

et du _{second groupe}

_positif

de l’azote les

_plus

voisines des radiations du ciel nocturne.

Certains

rapprochements

ne sont

_{qu’approximatifs}

et

_peuvent

être fortuits.

Les radiations

_{qu’on peut}

identifier le

_plus

sûrement

avec les bandes

_positives

sont:

qui

ont toutes été observées dans le

_spectre

des aurores. On

_peut

y

ajouter

les deux bandes

La

_grande

intensité de la

_première

de ces deux bandes

dans le

_spectre

du ciel nocturne rend toutefois l’identi-fication un _{peu douteuse.} Cette bande est visible dans

le

_spectre

des éclairs

_[9].

De même la bande 3 555

₍₅₎

du ciel

_nocturne,

la

_plus

intense et la

_{plus remarquable}

de la

_région

ultraviolette

peut

être

_rapprochée

de la bande 3 557

_{(n, -}

_8,

iez =

9)

du second groupe

positif,

mais on ne

_comprend

_pas

pourquoi

elle serait à ce

_point

exaltée dans le ciel. Elle

_correspond

d’ailleurs à des valeurs

_{plns grandes}

des

_{nombres n,}

et îî2.

Avec les bandes

_négatives,

les

_{rapprochements}

sont

plus

rares et

_plus

incertains. La bandes 3

915,

la

_plus

intense du _groupe et la

_plus

_{caractéristique}

_{des aurores,}

n’a

_qu’une

intensité modérée dans le

_spectre

du ciel nocturne. La bande 4

279,

très intense aussi dans les aurores,

paraît

manquer sur ce

_cliché,

bien

_qu’elle

soit

_{généralement}

observée comme une bande faible

-dans le

_spectre

du ciel nocturne.

Ainsi les bandes du second groupe

positif paraissent

plus

intenses que les bandes

négatives.

On observe le

TABLEAU III.

Bandes ou raies d’émission de 3 900 à 3 000 â.

5. - Le

spectre

du ciel noclurne diffère encore de

celui des aurores _{par la}

_présence

d’un

_{plus grand}

nombre de radiations

_d’origine

incertaine ou

incon-nue

_[5].

Fig. 1.

Dans la

_{région 5}

200-3

900,

un certain nombre de raies du ciel sont très voisines de raies du

_spectre

_rouge de

_l’argon

et du

_spectre

de l’hélium

_[4].

Des rappro-chements

_analogues

_peuvent

être mentionnés dans la

_région

ultraviolette. Les radiations 3 675

_(’?),

3 662

_~~),

3 637

₍₁₎

et 3 545

_(?)

coïncident _{à peu}

_près

avec des

raies de

_l’argon

_{(AI) ;}

les radiations 3 81g

_(2),

3 706

_{{ 1 ),}

3 509

_{( 1 ),}

et 3 489

₍₃₎

avec des raies de

_{l’orthohélium ;}

3 785

_{’z),

3 227

₍₁₎

et 3 !95

_(?)

avec des raies du

parhélium.

Les raies 3 832

_(2),

11

_{i i0 ~I),}

3 637

_{(1) et}

3 599

_(i)

_peuvent

aussi bien être

_rapprochées

de celles de

_l’argon

que de celles de l’hélium.

Enfin

la raie in-tense 3 ~6~

_(5),

_déjà

voisine d’une bande

_positive

de

l’azote,

correspond

aussi à une raie de

_l’argon

_{(11 5~6)}

et aune raiede

_{l’ortholiélium (3 554).}

_Toutefois,

certaines lacunes rendent ces

_{rapprochements}

assez incertains.

Ainsi,

la raie 3

_889,

la

_plus

intense de l’orthohélium n’est pas visible sur ce cliché

_(’).

TABLEAU IV.

Les radiations

_{caractéristiques}

des

_{noyaux cométaires,}

dont

_l’origine

est

ioconnue,

paraissent

se retrouve toutes dans la

_région

visible du

_spectre

au ciel

526

turne

_[1].

Le

_spectre

des noyaux est mal connu dans l’ultraviolet. Celui de la comète Morehouse

₍₁

_{908, c)}

a

été seul observé dans cette

_région

_{par MM. de la} Baume-Pluvinel et

_Baldet,

d’une

_part,

et _{par M.}

Rosen-berg,

d’autre

_part

_(1°).

Le tableau IV montre _que

_parmi

les 6 radiations

photographiées

par MM. de la Baume-Pluvinel et

Baldet, 4

correspondent

à des raies du ciel

nocturne,

ainsi

_{que 2}

_{des 3 radiations obtenues par M.}

Rosen-berg.

L’analogie

de certaines raies du ciel nocturne avec

le

_spectre

_{des noyaux des comètes semble donc} se

poursuivre

dans l’ultraviolet.

6. - Le cliché

qui

vient d’être

étudié,

bien

_qu’il

concerne le

_spectre

du ciel au

_zénith,

_montre,

dans la

région

visible,

à peu

près

les mêmes bandes ou raies

d’émission que les clichés obtenus

depuis

en visant

_près

de l’horizon. Il en diffère _par l’intensité relativement

plus grande

du

_spectre

continu

_qui

rend

_plus

visibles

. les raies de Frauenhofer. Ce

spectre

continu

s’affai-blit d’ailleurs

_plus

_{vite dans l’ultraviolet que les} raies et les bandes brillantes de sorte _{que celles-ci} deviennent

_{prépondérantes}

au-dessous de 3 500 1.

Cette émission

_explique

une _{remarque faite dès}

1923

_[6],

en

_comparant

les

_spectres

du ciel

_pendant

la

nuit,

au

_crépuscule

et

_pendant

le

_jour.

_Lorsque

la fente est

_trop

_large

_pour

_permettre

de

_séparer

les différentes

radiations, le spectre

du ciel

_nocturne,

_{d’apparence}

continue se

_prolonge

bien

_plus

loin dans l’ultraviolet que les

spectres

du ciel diurne ou

_{crépusculaire}

_ayant

la même densité dans le bleu

_(’).

On admet ici

_{implicitement}

_{que le}

_spectre

étudié

correspond

à des nuits ordinaires et non à une nuit

exceptionnelle

[.)].

Les mesures

_{photométriques}

faites à Courbons visuellement et par

photographie

au cours de _{chacune des nuits de la pose n’ont} en effet rien révélé d’anormal : la brillance du ciel au

_voisinage

du

pôle

était alors

_plutôt

un _{peu inférieure à} sa valeur

moyenne

(2).

De nouvelles observations montreront si le

_spectre

d’émission ultraviolet

_peut

être observé d’une manière

permanente.

(1) Au _{crépuscule, l’absorption par l’ozone intervient aussi} pour limiter le spectre.

~$~ La lumière zodiacale était par contre très brillante, peut-être en raison de la pureté de _{l’atmosphère.}

Manuscrit reçu le 25 juillet 1934.

BIBLIOGRAPHIE

(1) L. A. SOMMER. _Zeitschrift

_{für Physik,}

_1929, 57, p. 582.

(2) J. DUFAY. C. R. Acad. _{Sc., 193,} p. 1106; 1932, 194, p. 1897;

Journal de _Physique. VIIe Série, 1933, 4, p. 221.

(3) K. R RAMANATHAN. Indian Journal _{of Physics,} 1932, 7, p. 405. (4) J. CABALES et J. DUFAY. C. R. Acad. Sc., 1934, 198, p. 306.

5) J. DUFAY. Réunions Inst.

_{Opt ,}

1933, 4, pp. 118-155.

(6) J. DUFAY. C. R Acad. Sc., 1923, 176. p. 1290. (7) J. DUFAY. C. R Acad. _{Sc., 1934,}

_198,

_p 107.

(8) L. VEGARD. _{Geofysiske publikajoner,} Oslo, 1933, 10, N° _{4, p.} 34. (9) J. DUFAY, C. R. Acad. Sc., 1926, 182, p. 1331.