Sur le renversement complexe des raies spectrales dans les couches chromosphériques

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Submitted on 1 Jan 1908

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Sur le renversement complexe des raies spectrales dans les couches chromosphériques

Georges Meslin

To cite this version:

Georges Meslin. Sur le renversement complexe des raies spectrales dans les couches chromosphériques.

J. Phys. Theor. Appl., 1908, 7 (1), pp.454-463. �10.1051/jphystap:019080070045400�. �jpa-00241329�

SUR LE RENVERSEMENT COMPLEXE

DES RAIES SPECTRALES DANS LES COUCHES CHROMOSPHÉRIQUES;

Par M. GEORGES MESLIN.

On peut ^rendre compte, par les considérations suivantes, ^des

renversements de raies observés par le spectrographe ^à deux fentes de M. Deslandres dans l’étude de la surface solaire, et, ^{en même} temps, apporter ^des arguments ^en faveur de l’interprétation qu’il

donne de ses observations, ^en attribuant, ^d’une part, ^{à la couche} chromosphérique proprement ^{dite la} ligne ^brillante (généralement double) qui apparaît ^{dans le} champ ^obscur de la raie K, et, ^d’autre part, ^{à une couche} supérieure recouvrant partiellement ^{la chromo-} sphère ^{la raie} relativement obscure que l’on aperçoit dans le milieu du champ sombre de la large ^{bande K.} Rappelons ^{que cette} ligne centrale, relativement obscure, eyst ^bordée latéralement par les deux raies brillantes dont il vient d’être parlé, sauf dans l’image ^des taches, ^{où elle} disparaît ^{et où les deux} lignes brillantes se con-

fondent en une seule raie centrale moins accusée.

Nous nous appuierons ^{sur deux} propositions relatives, ^{l’une au} principe ^de Kirchhoff, ^{l’autre à} l’élargissement ^{des raies émises} par les gaz ^ou vapeurs, suivant les conditions dans lesquelles ^{ils se}

trouvent placés.

I. En premier lieu, ^nous rappellerons que le principe de Kirchhoff

ne s’applique pas ^aux vapeurs ^{et aux} gaz, pour lesquels l’émission,

comme l’a démontré Wiedemann, n’est pas ^une manifestation pure- ment calorique, ^{mais est} plutôt ^un phénomène de luminescence

(transformation calorifique ^d’une énergie ^{reçue sous une autre} forme) (~ ).

D’ailleurs, ^d’autres difficultés proviendraient, à propos de la démonstration de Kirchhoff, ^{de ce fait} que le spectre ^{dont il} s’agit

ne contient qu’un nombre déterminé de radiations et que, par ^consé-

quent, la fonction qui représente ^le pouvoir émissif d’un tel corps est essentiellement discontinue ; ^or les raisonnements présentés ^ne gardent plus ^{la même valeur au} voisinage ^{de ces} discontinuités, ^de

telle sorte que, ^{sans même} faire intervenir d’une manière générale

(1) C’est d’ailleurs l’opinion formulée par Pringsheim

conclusion de

son

Rapport

l’émission et l’absorption dans les ,gaz ^et les vapeurs (Con- grès, i900).

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019080070045400

455 la légitimité ^du principe ^{de Kirchhoff dans les} régions ^{où le} pouvoir

émissif a une valeur finie, et, par conséquent, ^{en le} conservant sous sa forme essentielle, ^nous pourrons ^n’en pas tenir compte ^{sous sa}

forme complète, c’est-à-dire au point ^{de vue} quantitatif, ^{au voisi-}

nage immédiat de ^ces discontinuités ; ^nous considérerons donc que, dans ^ces régions ^{où le} pouvoir ^{émissif est} pratiquement ^{nul, le} pouvoir ^{absorbant a néanmoins une} valeur sensible. Cette conclusion est d’ailleurs tout à fait d’accord avec les observations qu’on peut

faire à ce sujet ^{en étudiant} l’absorption ^{à travers la} vapeur ^de sodium, ^{etc .}

Remarquons, ^{d’un autre} côté, qu’en admettant ainsi qu’une absorption puisse ^{exister sans émission} correspondante, ^{nous ne}

contredisons pas essentiellement la forme directe du principe ^de Kirchhoff, ^{en vertu de} laquelle ^{toute émission entraîne une} absorp-

tion concomitante ; ^{il ne} s’agit ici que de la réciproque ^sur laquelle

l’accord _{n’est pas} encore fait entre les physiciens.

Si donc nous considérons ^un gaz ^émettant des radiations dans ^un certain intervalle À1À2, ^nous pourrons représenter ^{comme ci-contre}

’1) la variation du pouvoir émissif (ligne épaisse) ^et celle du pou-

voir absorbant (ligne mince) ^au voisinage ^de À~ À2, ^{sans nous}

astreindre à ce que le rapport des ordonnées soit proportionnel ^au pouvoir ^{émissif du} corps noir ^{à la même} température ^et pour la même radiation (ligne ponctuée), ^{tout en} considérant l’absorption ^et

l’émission comme connexe.s, c’est-à-dire comme existant simultané- ment dans le voisinage ^{l’une de l’autre ou dans la même} région ^du spectre.

II. En second lieu, ^nous rappellerons que la largeur ^{des raies}

brillantes aussi bien que leur éclat changent ^{avec la} température,

avec la pression ^{et, d’une manière} générale, ^avec les conditions dans

lesquelles ^{elles se trouvent} placées (champ ^{de force,} électrique ^ou

autre, influence du milieu ambiant exprimée par la loi de Kirchhoff Clausius et en vertu de laquelle ^le rayonnement ^est proportionnel

,au carré de l’indice du milieu où le corps ^est plongé, etc.). ^En général, l’élévation de la température, l’augmentation de la pres- sion (1) ^{ou du} champ extérieur entraînent un élargissement ^des

raies. Nous pouvons donc considérer ^{une même} vapeur, le calcium,

et figurer ^dans différentes conditions ses spectres d’émission et

d’absorption ^au voisinage ^{de la raie K} (l’émission ^étant représentée

par ^un trait gras ^et l’absorption par ^une ligne mince) :

10 D’abord à une température relativement basse, t, ^{de l’ordre de} grandeur ^{de celles} qui ^sont réalisées dans la partie supérieure qui

2.

surmonte la couche chromosphérique; là, l’émission est relative- ment faible et l’absorption ^très énergique, ^{à cause de la} température

moins élevée que dans les ^autres régions (fig. 2) ;

20 Puis dans la couche chromosphérique proprement dite, où, ^la température ^étant plus haute, l’émission est plus énergique ^et peut

FIG. 3.

en outre s’étendre sur un intervalle plus considérable, si les condi- tions nécessaires de pression, ^de champ, ^{etc., sont} réalisées ; ^on

aura donc les deux représentations ^{de la 3,} suivant, que ^cette

(1) Travaux récents de Stark, de Humphreys, ^etc.

457

couche ne subira pas d’action de ^ce genre (côté droit) ^ou qu’elle

sera au contraire (côté gauche) ^{surmontée d’une} enveloppe supplé- mentaire, qui ^{du reste} pourra être celle ^{dont il} était question quelques lignes plus ^{haut ;}

3° Enfin, dans la couche la plus ^basse (couche renversante), ^où

la température plus élevée entraîne une au gmentation ^de l’intensité,

FIG. 4.

couche toujours ^{surmontée au} moins de la chromosphère, ^ce qui ^la place toujours dans les mêmes conditions pour l’élargissement ^des

raies 4).

Voyons maintenant quelle ^sera l’apparence ^du spectre ^{dans la} région voisine de K, lorsqu’on ^{examine un} rayon lumineux prove- nant d’une partie de la surface solaire qui contient des taches, ^et

cherchons ce qui ^se produit, suivant que les différentes couches dont nous avons parlé ^seront superposées ^ou que l’une d’elles (la

couche supérieure 8) ^sera absente au-dessus des cavités qui ^consti-

tuent les taches. C’est du moins la constitution que ^nous imagi-

nons à titre d’hypothèse ^et qui ^est représentée par le dessin ci-

contre 5).

Étudions successivement ce qui ^se produit pour ^un rayon ^A qui, provenant ^d’un point ^{d’une tache, a seulement traversé} les couches C et C’’, ^{et d’autre} part pour ^un rayon B qui, ^{émané d’une} région

voisine de la tache, ^{a dii traverser la couche} C, la couche C~’ suppor- tant l’enveloppe s ^{et enfin cette dernière.}

Pour appliquer les lois relatives à l’absorption, rappelons que

l’interposition d’une couche absorbante sur le trajet d’un faisceau Qo

le transforme et a pour résultat, ^si l’épaisseur ^{x est} suffisante, ^de

substituer à l’émission du corps rayonnant initial celle du milieu

interposé; ^{si même on} désigne par ^{E et A les} pouvoirs ^{émissif et}

absorbant de la couche (rapportés ^{à l’unité} d’épaisseur), ^{on a,} pour

l’intensité du faisceau émergent Q,

qui ^{se réduit en} effet à E ^dès _ue ^{Ax a des valeurs} suffisantes.

En adoptant d’ailleurs cette expression ? pour évaluer ^{le fais-}

FI G. 5.

ceau émergent, ^{nous ne faisons nullement} intervenir le principe

de Kirchhoff;

^il n’interviendrait _{que si} nous considérions ^ce terme - ^A

comme équivalent ^au pouvoir émissif du corps noir ^{à cette} même

température.

La marche du rayon ^et le calcul des intensités ^{se font aisément à} l’aide de la ngure représentée sur la page ci-contre (p. 459, fig. 6), ^à

droite pour le rayon A, ^à gauche pour le rayon B.

459

FIG. 6.

460

FiG. 7.

461

Fic.8.

A la partie inférieure de ^cette page ^{459 sont} groupés ^{les éléments}

nécessaires pour prévoir l’action de la couche nenversante ; la par- tie médiane permet de faire la même étude pour la chromosphère,

et enfin, ^à l’aide du dessin figuré ^{au-dessus et à} gauche, l’action de la couche supérieure s interposée peut ^se calculer de façon ^{à obte-}

nir en définitive la représentation ^des intensités, ^telles qu’elles ^sont figurées ^{à la} partie supérieure de la même page, ^{en ce} qui ^concerne

la distribution de la lumière aux différentes parties ^{de la} large

raie K.

~. Pour le rayon A, ^commence en À1 l’absorption de la couche C.

dont l’émission est d’ailleurs nulle aussi bien que celle de ^la couche C" : l’intensité est donc nulle. En À2, ^le pouvoir ^{émissif de}

C intervient, m-ais la radiation est absorbée par C" qui y substitue

son effet, lequel ^{est nul} jusqu’en À3; ^au contraire, ^entre À3 ^et ),,t,

C envoie aussi un rayonnement qui ^{est encore} absorbé par C", ^mais

CI y substitue le sien qui passe librement.

On aura donc au milieu de la bande obscure K une jlOaie brillante étroite qui décèlera la couche chromosphérique ^{et servira à la} photo- graphie.

B. Pour le rayon B, l’intensité sera nulle, pour les raisons indi-

quées, de À1 jusqu’en À5; ^en Às, ^le rayonnement ^de la couche C est encore

absorbé _par la couche C’ et celui qu’y ^substitue C’ passe ^{à travers} la couche supérieure s, ^{dont le} pouvoir ^{absorbant est nul} pour X, : ^on

a donc une partie brillante; mais, lorsqu’on approche ^de À3’ ^vers ~6,

la couche s intervient, absorbe la radiation _reçue, la remplace par celle qu’elle ^{émet et} qui ^est beaucoup plus ^{faible; à la} région ^bril- lante, qui ^se trouve de part ^et d’autre, doit donc succéder dans la

partie ^{centrale une} raie moins intense (relativement obscure), qui peut ^{même être} séparée des deux raies brillantes latérales par des

parties ^{tout à} fait noires (lignes pointillées).

On aura donc, ^au milieu de la bande obscure K, deux, raies bril- lantes séparées par ^une ligne relativement sombre, qui décé lera la couche supérieure ^{s et} servira à la photographier.

Une construction analogue ^montre que les deux raies brillantes seront plus ^étroites lorsque la couche supérieure produira ^une

action moins énergique ; ^{elles seront au contraire} plus développées

au voisinage ^{de la} pénombre, ^{sur les facules, etc.}

On ^retrouve donc les apparences ^{tracées en} haut de la page ⁴⁵⁹

pour les _{rayons A} et B ; ^{or ces} apparences reproduisent justement

463 les conditions expérimentales (Voir DESLANDRES, Notice

du Bureau des Longitudes, figure de la page 105, ^année 1907).

Sur les deux pages ^suivantes (p. ^{460 et} 461), ^{on a} figuré ^{de la même} façon la distribution de l’intensité qu’on devrait observer si le prin- cipe de Kirchhoff était applicable ^sans modification aux couches tra- versées par les rayons, soit qu’on ^ne fasse pas intervenir l’élargis-

sement des raies par l’élévation de température (p. 460), ^soit qu’on

tienne compte d’une telle modification (p. ~61) ; ^or les apparences observées ne sont pas conformes ^{à ces} prévisions.

LA PHYSIQUE DES COURANTS D’AIR D’APRÈS M. SHAW ;

Par M. E. MATHIAS.

Dans un petit ^livre plein d’originalité ^{sur les Courants d’air et les}

Lois de la ventilation, ^M. W.-N. Shaw a parlé ^{récemment des lois} physiques auxquelles ^{obéissent les courants d’air et a montré leur}

extrême analogie ^avec les lois des courants électriques. ^{Les lecteurs}

du Journal de Physique ^me permettront ^{de détacher} de l’oeuvre de M. ShaW, ^en l’arrangeant convenablement, ^ce qui paraît ^suscep-

tible de les intéresser.

§ ^1. Rappel ^des propriétés du circuit électrique.

^{Soit une chaîne}

fermée constituée par ^une matière conductrice telle que le cuivre ;

si dans cette chaîne on introduit une force électromotrice, ^c’est-à-

dire ^{une cause} qui maintienne une différence de potentiel électrique

constante, le circuit constitué par la chaîne conductrice fermée ^sera le siège d’un flux d’électricité aussi longtemps que durera la force électromotrice. Ce flux d’électricité jouira ^des propriétés suivantes :

~.° La quantité d’électricité qui ^passe par seconde ^{à travers toutes} les sections droites du circuit est la même ; ^cette quantité 1, qui ^ca-

ractérise en tous les points du circuit le flux électrique ^à chaque instant, ^est l’intensité du courant électrique;

2° La force électromotrice E qui produit ^{le flux} électrique ^est

mesurée par le travail accompli par l’unité de quantité d’électricité tombant du potentiel ^le plus ^{élevé au} potentiel ^le plus bas, ^et l’énergie ^{de ce travail est} dépensée ^{à vaincre la} résistance électrique

du circuit ;