HAL Id: jpa-00237165
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Submitted on 1 Jan 1876
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De la température du soleil
J. Violle
To cite this version:
J. Violle. De la température du soleil. J. Phys. Theor. Appl., 1876, 5 (1), pp.169-179.
�10.1051/jphystap:018760050016900�. �jpa-00237165�
I69
DE LA TEMPÉRATURE DU SOLEIL;
PAR M. J. VIOLLE.
La
quantité
de chaleur que le Soleil envoie vers la Terre s’évalue par l’échaunement d’un thermomètre soumis à l’action des rayons solaires.Mais,
pour que la mesure de laquantité
cherchée soitexacte, il faut que l’échauffement se
produise
dans des conditionsparfaitement déterminées;
à cetégard
on ne saurait mieux faire qued’adopter
absolument lesdispositions indiquées
parDulong
etPetit dans leur Mémoire sur le
rayonnement.
C’est ce queje
mesuis efforcé de faire.
Le thermomètre que
j’emploie
est à réservoirsphérique :
le dia-mètre de la boule
varie,
suivant les cas, de 5 à 15millimètres;
latige cylindrique
et d’un diamètre intérieur constants’étrangle
extérieu-rement au
voisinage
de la boule sur unelongeur
de i o à 15 milli-mètres,
de manière à réduire autant quepossible
l’influence de laconductibilité ;
les divisions sont de1 5 de degré :
les lectures se feront donctoujours
au70
dedegré
dans les circonstances lesplus
défavora-bles. Avant
chaque expérience,
la boule et laportion étranglée
deFig. I.
la
tige
sontsoigneusement
noircies à la fumée d’une flamme de térébenthine. Le thermomètre Tfig. i)
est alors introduit dansArticle published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:018760050016900
I70
une enceinte
sphérique
encuivre,
recouverte intérieurement de noir de fumée et maintenue à unetempérature
constante. Cetteenceinte,
dont le rayon est de 15 à
45
fois celui duthermomètre,
est en effet en-veloppée
d’une deuxièmesphère
en cuivrepolie
sur sa face externeet
protégée
en outre par des écrans Dqui
laissent libre seulement l’ouverture d’admission. Dansl’espace compris
entre les deux sur-faces circule un courant
d’eau, emprunté
aux fontainespubliques,
ou bien s’entasse de la
glace pilée
ou dunévé,
suivant les circon-stances : deux tubes à robinet t et t’et une
large
ouverture à vis 0 satis-font à l’un ou l’autre usage. Le
rayonnement
solaire arrive à la boulethermométrique
par une ouverture tubulairepratiquée
dans ladouble
paroi
del’appareil
et munie d’undiaphragme
à trous de dif-férentes
grandeurs :
une autre ouverture diamétralementopposée
est fermée par un verre
dépoli g
etlégèrement noirci,
surlequel
seprojette
l’ombre duthermomètre,
cequi permet
unréglage
facile dela boule
thermométrique
au centre même de l’enceinte. Tout l’in-strument repose sur un anneau
porté
lui-méme parquatre pieds ;
sur l’un des
pieds
est articulé unpetit
miroir M danslequel
se réflé-chit l’ombre du thermomètre.
L’opérateur peut
donctoujours
main-tenir
l’appareil
orienté en le faisantgraduellement
tourner dansl’anneau
qui
lesupporte.
Onpeut
aussi seguider,
comme dans leshéliostats,
sur laposition
de la trace lumineuse du rayonqui
apassé
par le trou central d’unpetit diaphragme
monté à l’extré-mité d’une
tige parallèle
au tube d’admission.Ajoutons
enfin quecet actinomètre
peut
setransporter
facilement sur les cimes lesplus
élevées. Lepied
se démonte et seloge
sous un très-faible volume dans le sac de voyage ;les
robinets d’arrivée et de sortie de l’eau servent à attacher une courroie au moyen delaquelle
la doubleboule se
porte
sur le côté à la manière d’unegourde.
La marche d’une
expérience
est la suivante : tous les tubes étantsoigneusement
fermés et le thermomètre enplace,
on lit latempé-
rature
(laquelle
est stationnaire si tout est bienréglé depuis
untemps suffisant); puis
on ouvre le tubed’adlnission, après
avoiramené en face du tube tel trou du
diaphragme
quel’on juge
conve-nable.
L’appareil
étanttoujours
bienorienté,
on suit la marche duthermomètre avec une montre à secondes.
Lorsque
latempérature
est devenue
stationnaire,
on arrête les rayons solaires et l’on observe le refroidissement.I7I
Je
prendrai
pourexemple
les mesuresactinométriques
effectuéesau sommet du mont Blanc
(48I0m le
16 aoûtdernier).
Elles se résu-ment, pour les deux
phases
del’expérience,
par une seule formuleempirique
- . _03B80
étant latempérature
stationnaire18°, 2
observée à 1 Oh 22m duniatin : l’enceinte était à zéro. L’écart moyen entre les nombres di-
rectement observés et les nombres calculés
par la
formuleest o°,03,
l’écart maximum
0°, I6.
SoientV Ia vitesse du réchauffenlent que le thermomètue
éprouve
àla
température 0
sous l’action des rayons incidents et U la vitesse de refroidissementqu’il
aurait à cette mêmetempérature
0 si l’on in-terceptait
l’action de la source;d’après
la forme même de notre for-mule
empirique
et la fidélité aveclaquelle
ellereprésente
les don-nées immédiates de
l’observation,
on aM. Desains a
remarqué qu’il
devait en êtreainsi;
en outre,ajoute- t-il,
« cette somme constantereprésente
l’action de la source, et, sion la
multiplie par la
valeur en eau de laportion
du thermomètrequi s’échauffe, on
al’expression numérique
de laquantité
de ch aleurqui
tombe par l’ouverture d’admission. »
(Coinptes rendus,
t.LXXVIII,
p.
I455 ; I874.)
La valeur M de la
portion
du thermomètrequi
s’échauffait a été déterminée avecbeaucoup
de soin : on l’a mesurée directement par desexpériences
derefroidissement,
indirectement sur un thermo- mètre tout semblable à ceuxemployés
et rompu à la naissance de latige;
on a trouvé dans les deux casLa
quantité
de chaleur reçue en une minute par i centimètrecarré de surface au sommet du mont
Blanc,
le 16 août1875,
àI Oh 22m du matin, était ’
done (V+U) 0,222 s,
s désignant la surfaces
d’un
grand
cercle de la boule duthermomètre;
cequi donnc , V
+ Uétant
égal à 6°, 552,
Ce nombre doit être considéré comme la mesure absolue du rayTon-
nement solaire au
point
et à l’instantconsidérés,
les unitésadop-
I72
tées étant le
centimètre,
le gramme, la minute et ledegré
centi-grade.
Tandis que
j’étais
au sommet du mont Blanc avec monprépara-
teur, M.
Bigollot, qui
m’a aidé dans toutes ces recherches avec unzèle et un dévouement
absolus,
M.Margottet
effectuait auglacier
des Bossons
(1 200m)
des mesuresanalogues
à celles que nous pre- nions au somnet. Ces mesures se résumentégalement
par une ex-ponentielle
où le coefficient de t estégal
ào,40 ;
l’erreur moyenneentre le calcul et l’observation est
o°,02,
l’erreur maximao°,16.
Ona donc encore
et cette constante est ici
égale
à5°,540,
l’excès stationnaire observé à Ioh22métant I3°,85.
On en déduitLe
lendemain,
17août,j’étais
aux Grands-Mulets(3oào-),
presqueexactement à moitié chemin de la distance
comprise
entre la cimeet la station choisie par M.
Margottet
sur leglacier
des Bossons.Les observations que
j’y-
fis et cellesqui
furent recueillies aupied
de la
montagne
donnent a 1 Oh40m
du matin :Les valeurs de l’excès stationnaire avaient été
respectivemen i 6°,
1 o et13°, 1
et les coefficients de t dansl’exponentielle
par la-quelle
sereprésentent toujours
aussi fidèlement les résultatso, 35 eto,38.
L’air était
plus liuinide,
par suite les excès moindres et le refroi- dissementplus
lent que la veille.V+U= 03C4 est,
danschaque
cas, l’excèsclu’accuserai t
au boutd’une minute sous l’influence de la radiation solaire le thermomètre entièrement soustrait au refroidissement.
D’après
la formule deBouguer,
admise parPouillct,
on devrait avoira étant la constante
solaire,
El’épaisseur
de la couche d’air traver-sée par les rayons
et p
unparamètre dépendant
de l’état de l’at-inosphère
aujour
considéré.I73 Cette formule suppose essentiellement que les conditions météo-
rologiques
del’atmosphère
sont restées les mêmespendant
toute lajournée d’observation,
cequi
ne doit seprésenter
que très-rare-ment et ce que l’on n’a aucun moyen de reconnaître avec
certitude, puisqu’il
nes’agit
pas ici de l’état del’atmosphère
au niveau dusol,
mais bien de l’état de toute la colonne d’air traversée par les rayons
solaires, depuis
les limites del’atmosphère jusqu’à
la terre. AussiPouillet,
dans une série de mesures s’étendant àplusieurs années,
ne trouve-t-il que
quelques
raresjournées
pourlesquelles
la for-mule
représente
bien les faits.Des
observ ations,
antérieures à cellesque je
viens derapporter,
m’ont conduit à substituer à la formule deBouguer
celle-ciqui
se réduira à laprécédente
si la hauteur H du baromètre et la tension de la vapeur d’eau dans toute la colonneatmosphérique
nechangent
pas sensiblement dans lajournée
entière. Dans ma for-mule,
p est un nombre constant, z l’altitude dupoint considéré,
Z l’altitude de la couche à
partir
delaquelle
l’airpeut
être consi- déré comme absolument sec, K une constante.Les
expériences précédemment citées, rapprochées
des donnéesmétéorologiques
aux lieux et heuresconsidérés,
suffisent à détermi-ner toutes les constantes de la
formule ;
on en déduitIl en résulte pour la
quantité
de chaleur tombantpendant
uneminute sur i centimètre carré à la limi te de
l’atmosphère
On trouve de même pour les
quantités
de chaleur reçues par une même surface de Icq en une seconde aux diverses altitudes :Ainsi,
le 16 août1875,
à IOh 22m dumatin,
Paris ne recevaitI74
guère
queles 2 3
de la chaleur que luienvoyait
leSoleil, ;
et, dansl’absorption
exercée parl’atmosphére,
l’effet dû à la vapeur d’eau était presquecinq
foisplus
considérable que celui de l’air lui-même,
si no tre formule est exacte.Un thermomètre
placé dans
le vide et soumis parconséquent
à laseule influence du
rayonliement
arriverait au bout d’un certaintemps
à un excèsstationnaire, indépendant
de l’instrument em-ployé
et facile à calculer si l’on connaît la vitesse de refroidissement du thermomètre dans le vide. Cettevitesse,
pour notre thermo-mètre,
est0,2203B8 :
l’excès observé dans le vide à la limite de l’at-mosphère
aurait doncété,
l’enceinte maintenue àzéro,
On trouve de même :
Ces nombres sont évidemment
proportionnels
aux valeursdéjà
citées
plus haut;
et le coefficient deproportionnalité indépendant
des instruments
employés
est,d’après
les nombresprécédents, égal
à 13 environ. Je dois
ajouter
toutefois que la valeur exacte de ce coefficient estprobablement
un peuplus élevée,
toutes les causesd’erreur tendant à faire trouver pour 8 des nombres
trop
faibles.La
température
du Soleil se déduit immédiatement des recher- chesprécédentes
si l’on admet la loi deDulong
et Petit sur lerayonnement. On
trouveainsi,
pour latempérature
effective duSoleil,
I500degrés (la température
effective du Soleil est latempé-
rature
qu’il
devraitposséder,
s’il était doué dupouvoir
émissifmaximum,
pour émettre unequantité
de chaleurprécisément égale
à celle
qu’il
nousenvoie).
Mais ce calcul de la
température
effective est fondé sur la loi deDulong
etPetit,
et, dans ces dernièresannées, plusieurs physiciens
ont nié cette loi pour les
températures élevées,
c’est-à-dire pour lecas même
qui
nous occupe.Remarquons, cependant,
queDulong
etPetit ont vérifié l’exactitude de leur
loi jusqu’à
laplus
hautetempé-
rature
qu’ils
aient réalisée(3oo degrés),
et que, parconséquent,
ilI75
est assez naturel d’admettre cette loi pour toute
température , jusqu’à
ce que desexpériences
directes nous aient fait connaître le mécanisme durayonnement
des sources à hautetempérature.
Cesexpériences, je
les aientreprises,
maisje
ne suis pas encore enmesure de me prononcer sur une
ques tion
aussi difficile.A défaut
d’expériences directes, je puis toutefois,
dès mainte-nant,
invoquer
deux séries de recherches parlesquelles j’ai
tenté decontrôler l’évaluation relativement basse de la
température
so-laire à
laquelle
on arrive parl’application
de la loi deDulong
etPetit.
Je
citerai,
enpremier lieu,
les mesures parlesquelles j’ai
cher-ché à vérifier si une source de chaleur terrestre donnerait avec mon
appareil
un effetcomparable
à celui queproduit
le Soleil.Ces mesures ont été faites à
Allevard;
la source de chaleur était la coulée d’acier d’un four Martin-Siemens. Je me suis trouvé à Allevard à uneépoque oû,
en vue de la fabrication de ces énormesroues dont on munit maintenant les locomotives à
grande vitesse,
la coulée
qui
se renouvelait toutes les douze heures separtageait
seulement en
cinq bu
sixtemps, employés
chacun àremplir
unmoule de 5oo
kilogrammes.
Leremplissage
d’unpareil
mouledemandait environ
Im30s, je pouvais
donc faire arriver sur l’acti- nomètrependant
un temps connu, uneminute,
la radiatiom de la veineliquide
incandescentequi s’échappait
verticalement d’un ori- fice carréplacé
au-dessus du moule. Les différentes mesures quej’ai
faitespendant
deuxjournées
consécutives étantparfaitement concordantes, je
ne citeraiqu’une
seuleobservation, qui
m’afourni, l’appareil fermé, I4°,4
et,l’appareil
ouvert à laradiauion, 15, °7.
De ces données on tire facilementet, par
suite,
ax étant la radiation de la surface incandescente et x ce que
jai appelé
latempérature eisective ,
c’ est-à -dire latempérature
que devraitposséder
le corps pour que, doué d’unpouvoir én1issif égal
à
l’unité,
ilrayonnât
avec la même intensité que celle aveclaquelle
il rayonne réellement.
Or la
température vraie,
le métalayant déjà
coulédepuis
sasortie sur une
longueur
d’environom,5o, peut
être évaluée avecune
très-grande approximation
à 1500degrés. Appelons
T cetteI76
température,
onaurait,
endésignant
par E lepouvoir
émissif de l’ acier enfusion,
valeur
parfaitement
admissibled’après
lesexpériences
de 1VIM. de laProvostaye
et Desains. Cette valeur est d’ailleurs confirmée parce fait que, si nous supposons à la fonte en fusion
précisément
cemême
pouvoir émissif,
les mesures directes quej’ai
faites sur lacoulée de fonte du haut fourneau d’Allevard donnent pour cette
fonte,
à i mètre environ du trou decoulée,
ce
qui
est bien d’accord avec les nombres de M. Grüner. Tous cescalculs étant d’ailleurs basés sur
l’hypothèse
de la constance de adans
l’expression
M aT de l’intensité durayonnement,
cet ac- cord neparaîtra
pas sans doute sansimportance
aupoint
de vuede l’exactitude de la loi de
Dulong
auxtempératures
élevées.Il est d’ailleurs facile de vérifier que les résultats obtenus avec le Soleil d’une
part
et l’acier en fusion d’autrepart
sont bien entreeux dans le
rapport qu’exigent
mes idées sur latempérature
duSoleil. Sans recourir à aucum calcul et en
empruntant
seulement àmes mesures de la radiation solaire l’une d’entre
elles,
à la datedu 6
septembre I874,
2hI5m,
danslaquelle
le thermomètre estmonté en une minute de
4°,2,
on voit que dans le mêmetemps,
une
minute,
le thermomètre accuse sous l’influence de la radiation solaire un excès detempérature
environ trois fois et demieplus
considérable que celui dû à l’action de l’acier au sortir du four
Martin-Siemens ;
et, si l’on admet entre l’intensité d’une radia- tion et son effetactinométrique
uneproportionnalité qui
nepeut
pas être bienéloignée
de lavérité,
tant que l’on se renferme entredes limites suffisamment
étroites,
onpeut
déterminer immédiate-ment la
température qu’il
faudrait attribuer à la surface du Soleil pourqu’elle
donnàt lieu à une radiation trois fois et demieplus
intense que celle de l’acier à l50o
degrés.
On trouveainsi,
dansl’hypothèse
d’unpouvoir
émissifmaximum,
commeteinpéi-ature ,effective
duSoleil,
1600degrés environ,
c’est-à-dire un nombre presquerigoureusement égal
à celui quej’ai
été conduit à admettrecomme résultat de mes mesures directes de la radiation solaire.
I77
Si
maintenant,
nousrappelant
le fait extrêmementimportant,
mis en évidence par M.
Hirn,
de lagrande transparence
des gazincandescents,
nous supposons que la surface solaire rayonnecomme un bain de métal en
pleine fusion,
lesexpériences précé-
dentes nous fourniront le moyen d’obtenir avec une certaine exac-
titude la
température
de ce bainmétallique.
Nous en avons pudéduire,
eneffet,
pour l’un des métaux lesplus importants
duglobe solaire,
lepouvoir
émissifdéterminé,
sinonpeut-être
avecune
très-grande précision,
du moins(ce qui
est surtoutimportant
pour le but
spécial
que nouspoursuivons
en cemoment)
dans lesconditions mêmes
d’expérimentation adoptées
pour l’étude de la radiation solaire. Si l’onaccepte
cette détermination comme don-nant une valeur
probable
dupouvoir
émissif de la surface duSoleil,
on aura pour latempérature
moyenne vraie de cette surface T= 2000° en nombre rond.Mais le
pouvoir
émissif moyen de la surface solaire est encoreinférieur à
0,04 ; d’après
lesexpériences auxquelles j’ai
fait allu- sionplus haut, je
suis conduit à l’estimer sensiblementmoindre;
cette évaluation nouvelle conduit à T = 2500°. Ce chiffre 2500
degrés
doit être très-voisin de la
vérité,
parcequ’une
variation même consi-dérable du
pouvoir émissif (une
variation dusimple
au double parexemple)
n’entraîne à ces hautestempératures qu’une
variationinsignifiante
du nombre dedegrés
obtenus. Nous resterons donctoujours
forcément en face d’unetempérature
moyenne sensible-ment
égale
à 250odegrés.
J’insiste sur ce mot detempérature
moyenne, parce que c’est la
température
moyenne seule quej’ai essayé
dedéterminer,
et que certainspoints
de la surface du Soleilpeuvent parfaitement
être à unetempérature
notablementplus élevée,
de même que les volcans enignition
constituent à la surface de notreglobe
desrégions
dont latempérature
est biensupérieure
à la
température
moyenne de la croûte terrestre. C’est donc latempérature
moyenne du Soleilque je
dis être de 2500degrés,
c’est-à-dire du même ordre de
grandeur
que celles que nous savonsproduire
sur notreglobe.
Les éléments constitutifs du Soleil étant d’une manière
générale
les mêmes que ceux de notre
planète,
toutesprit
nonprévenu
admettra volontiers
qu’en
effet latempérature
du Soleil soit compa-I78
rable à celle des sources terrestres. Cette
proposition, d’ailleurs,
est directement
vérifiable par l’expérience.
Ilsuffira,
comme l’a in-diqué
M.Waterston,
de faire varier latempérature
de l’enceintedans
laquelle
se trouve le thermomètre soumis à la radiation solaire. Si latempérature
du Soleil est infinimentgrande
parrapport
à celles dont nous pouvonsdisposer,
l’excès accusé par le thermomètre restera constant.Si,
aucontraire,
latempérature
duSoleil est
comparable
à celle des sources terrestres, l’excès thermo-métrique
sera d’autantplus
faible que latempérature
de l’enceintesera elle-même
plus
élevée;,en particulier,
l’action du Soleil sur lethermomètre n’amènerait
plus
aucuneaugmentation
dans le nombrede
degrés marqués
parl’instrument,
si l’enceinte avaitdéjà
la tem-pérature
du Soleil.J’ai donc
opéré
dans des enceintes deplus
enplus
chaudes àl’aide de
l’appareil figuré
ci-contre(fig. 2),
et, contrairement à ceFig. 2.
qui
devrait se passer dans le cas d’unetempérature
infinie duSoleil, j’ai
vu décroître la valeur absolue del’excès indiqué
par l’instru-ment au fur et à mesure que
j’élevais
latempérature
de l’enceinte.I79 Le
décroissement,
toutes réserves faites sur la variation des chaleursspécifiques,
estdéjà
très-sensible pour destempératures
de I00à I50°
seulement;
et le calculappliqué
à ces nouvellesexpériences
nous ramène encore à la même valeur 25ooo de la
température
moyenne de la surface du Soleil.
Il faut donc de toute nécessité renoncer à ces millions de
degrés
par
lesquels plusieurs physiciens croyaient
encore récemment pou- voirreprésenter
latcmpérature
duSoleil,
et se ranger à l’idée d’un soleil chaud dequelques
milliers dedegrés
seulement. Telle est, dumoins je l’espère,
la conclusion que l’on tirera de cet ensemble de recherches parlesquelles j’ai tâché,
enmultipliant
lesexpériences
et variant les
méthodes,
de hâter la solution de ce difficile mais sé- duisantproblème
dephysique cosmique.
NOUVEAU MANOMÈTRE DESTINÉ A MESURER LES HAUTES
PRESSIONS;
PAR M. L. CAILLETET.
Dans les nombreuses recherches que
j’ai
faites sur lespressions élev ées , j’ ai
pu constater combien l’exactitude desindications,
fournies par les divers manomètres que
j’ai expérimentés,
laissaità désirer.
Dans
l’impossibilité
oùj’étais
d’établir un manomètre à air librepour mesurer des
pressions
de 800 ou 900atmosphères,
cequi
aurait
exigé
un tube vertical deplus
de 600mètres,
et nepouv ant
me fier aux indications fournies par les manomètres dont
je
dis-posais, j’ai
dûinterrompre
mesexpériences
sur lacompressibilité
des gaz,
expériences qui exigeaient
la détermination exacte despressions auxquelles j’opérais. Mais,
en étudiant récemment lesdéformations que subit un réservoir
cylindrique
en verrelorsqu’on
le
comprime
sur sesparois extérieures, j’ai
constaté que la dimi- nution du volume de cetteenveloppe
est exactementproportion-
nelle à la
pression
exercée.Les
expériences
quej’ai
faites enemployant
desenveloppes
deverre de diverse nature et que
j’ai poussées jusqu’à
l’écrasement ducylindre
démontrent que la diminution du volume du réservoirreste