L`émission de particules électrisées par le soleil et la théorie des

L’émission de particules électrisées par le soleil et la
théorie des aurores polaires
Daniel Barbier
To cite this version:
Daniel Barbier. L’émission de particules électrisées par le soleil et la théorie des aurores polaires.
J. Phys. Radium, 1937, 8 (7), pp.303-308. <10.1051/jphysrad:0193700807030300>. <jpa00233513>
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DE PARTICULES ÉLECTRISÉES PAR LE SOLEIL
ET LA THÉORIE DES AURORES POLAIRES
L’ÉMISSION
Par DANIEL BARBIER.
Observatoire de Marseille.
Sommaire. 2014 La pénétration dans l’atmosphère terrestre des particules produisant les
aurores
montre
énergie doit être assez considérable Au contraire l’énergie des particules émises par le soleil est
toujours faible, une dizaine d’électron-volts par exemple pour les électrons au lieu de 6 104 eV qui seraient
suffisants pour produire l’aurore ou de 1010eV qui seraient nécessaires dans la théorie de Dauvillier.
On réconcilie les points de vue en admettant que la terre est chargée positivement de manière à donner
aux électrons une vitesse suffisante. L’entretien de la charge terrestre est possible grâce à la charge
apportée par les rayons cosmiques. La théorie proposée fait prévoir une variation de l’altitude de la base
des aurores au cours d’un cycle solaire.
que leur
,
1. Introduction. - L’émission de particules électrisées par le soleil est actuellement un fait bien établi.
Il est en effet très difficile d’expliquer la formation des
aurores sans faire intervenir des particules déviables
par le champ magnétique de la terre, car ces phénomènes sont observés en des régions de l’atmosphère
qui ne sont pas illuminées par la lumière solaire. Des
aurores artificielles furent obtenues par Birkeland au
laboratoire, à l’aide de faisceaux d’électrons (1) et
Stôrmer établit une théorie mathématique du phénomène (2) (~).
Les particules électrisées émises par le soleil ont été
invoquées avec plus ou moins de succès pour expliquer
divers autres problèmes posés par la couronne solaire,
la lumière zodiacale, la lumière du ciel nocturne, les
comètes, les rayons cosmiques, l’ozone atmosphérique
sans parler des perturbations magnétiques terrestres
qui sont directement liées à la production des aurores.
L’émission de particules électrisées par le soleil pose
un problème très intéressant en soi-même et aussi à
cause de l’influence qu’elle pourrait avoir sur l’équilibre des couches extérieures du soleil (**). En outre, la
théorie pourrait montrer quel est le rôle de ces particules dans la formation des raies brillantes de certaines
étoiles chaudes et des nébuleuses.
Le but de cette note est d’examiner ce que nous
savons réellement sur les particules électrisées émises
par le soleil et d’essayer de réconcillier nos connais-
particules émises par le soleil est l’aurore
polaire (*). C’est à ce seul phénomène que nous allons
demander des renseignements sur la nature des particules et en particulier sur le signe de leur charge et leur
aux
vitesse.
(.) Ces auteurs avaient eu d’ailleurs des précurseurs, mais
t’eat bien à eux que sont dus les travaux fondamentaux sur ce
Rappelons la théorie de Stôrmer e) en mettant en
évidence les conclusions pratiques qui en découlent.
Dans sa première approximation, Stôrmer assimile la
terre à un aimant élémentaire et il étudie le mouvement
des particules dans le champ de cet aimant et dans le
vide en négligeant leurs actions mutuelles ainsi que leur
action sur le champ de l’aimant. Stôrmer trouve alors
que les aurores doivent se produire au voisinage d’un
cercle situé à une distance angulaire a du pôle magnétique. a ne dépend que de la quantité ,H~ qui caractérise les particules; ? désigne le rayon du cercle en centimètres que décrit une particule sous l’action d’un
champ de H gauss perpendiculaire à la direction de son
mouvement. Il trouve a _-__ 3° pour des rayons cathodiques moyens, 5° pour les rayons ~ du radium et ~ 7°
pour les rayons x du radium. La distance angulaire
réelle de la zone du maximum de fréquence des aurores
est 200 et seules les particules les moins déviables
comme celles constituant les rayons oc pourraient
donner la solution du problème. Pour être sûr de la
valeur de ce résultat, il convient de vérifier que les
hypothèses simplificatrices énoncées plus haut n’ont
pas d’influence appréciable sur le résultat. Stôrmer
rejette d’abord l’hypothèse de l’aimant élémentaire et
il utilise la théorie de Gauss du magnétisme terrestre;
il trouve que les résultats sont sensiblement les mêmes
et que par suite l’hypothèse de l’aimant élémentaire est
très suffisament correcte. Stürmer examine ensuite
l’effet des actions mutuelles des corpuscules ainsi que
leur action sur le magnétisme terrestre et il simplifie le
sujet. L’historique de la question est assez bien connu pour qu’il
n’y ait pas lieu de l’exposer à nouveau ici.
(**) Rosseland a étudié déjà l’équilibre d’une chromosphère
supportée par des rayons corpusculaires (3).
rées par le soleil
rentes (altitude
sances sur ce
sujet
avec
celles obtenues par l’étude des
~
aurores.
2. Les
aurores
qui se présente
polaires. -
à l’état pur
Le seul phénomène
dû avec certitude
comme
des aurores,
(*) A l’exception
assez
rarement
observées, écalai-
qui jouissent de propriétés légèrement différépartition de l’énergie dans le spectre).
-
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:0193700807030300
304
sa généralité est absolument inextricable. La théorie comme l’expérience de
laboratoire montre qu’il doit se former autour de la
terre un anneau de particules électrisées, situé à une
distance dépendant de leur produit Hp. Stôrmer assimile cet anneau à un courant d’intensité i ampères et il
calcule la position sur la terre de la zone aurorale en
fonction de i et des produits Hp relatifs aux particules
formant l’anneau et à celles produisant l’aurore. Si nous
supposons que les deux sortes de particules sont identiques, on trouve d’après les tableaux de Stürmer qu’il
vitesses comprises entre 1 800 et 300 km/sec avec
une moyenne de 700 km/sec. Si les particules produisant les aurores étaient des électrons de grandes
vitesses, comme cela a été parfois admis, on ne pourrait expliquer leur retard que par la présence d’un
champ magnétique solaire qui courberait leurs trajectoires. Malheureusement ce champ devrait avoir le
sens opposé du champ connu.
problème, qui pris dans toute
suffit d’une valeur de HP peu supérieure à 100 pour
position réelle de la zone aurorale si i est
108 ampères. Si l’on se rappelle que la théorie ci-dessus
n’est encore que grossièrement approchée, il faut bien
constater que la position de la zone aurorale sur la
terre ne nous apprend pratiquement rien sur la nature
des particules.
Théoriquement, la zone aurorale n’est pas tout à fait
un cercle mais une sorte de spirale qui en diffère assez
peu et dont le sens d’enroulement dépend du signe des
particules. De l’orientation des arcs auroraux observés
en divers lieux et à diverses heures, Vegard a conclu (1)
que les observations sont un peu mieux représentées en
supposant que les particules sont des électrons, mais
que ce résultat est toutefois très incertain.
Stôrmer a montré (2) que l’on peut trouver une limite
supérieure de Ho d’après la largeur des rayons auroraux. Les nombres s’échelonnent entre 5 000 et 30 000.
L’absorption des rayons de particules dans l’atmosphère terrestre a été étudiée par Vegard et surtout par
Stôrmer (5) et moyennant certaines simplifications ils
ont reconnu que les rayons ne peuvent être des rayons a.
Pour des électrons, l’absorption est totale à 80 km
d’altitude (base des aurores) ce qui conduit à une valeur
de Ho de l’ordre de 700 c’est-à-dire à une vitesse de
l’ordre de 100 000 kmlsec ou encore à une énergie de
60 000 clectron-volts.
Il semble que les grandes aurores (grandes perturbations magnétiques) soient assez étroitement liées aux
taches, car le passage au méridien solaire est accompagné, avec un certain retard, plus souvent que le
hasard seul ne le ferait prévoir, d’une perturbation
magnétique sur terre ; le passage d’une tache au méridien n’est pas toujours accompagné d’une perturbation
et certaines perturbations ont lieu en l’absence de toute
tache. Par suite, les taches ne sont pas la cause vraie de
la perturbation mais lui sont seulement assez étroitement corrélatées. Tacchini et Hale voient l’origine des
perturbations dans les éruptions visibles au spectrohélioscope qui accompagnent ies taches. On pourra voir
à ce sujet l’exposé d’Abetti (6). Le retard s’écoulant
entre le passage au méridien d’une tache et la perturbation magnétique correspondante a été évalué par
divers auteurs. La détermination la plus récente est
due à lVTaurain (’) (8) qui a trouvé des nombres échelonnés entre 23,5 et 116,~ h avec une moyenne de 60 h.
Si les particules se propagent en ligne droite avec
une vitesse uniforme, ces temps correspondent à des
retrouver la
3. Examen sommaire de diverses théories.
1° La théorie radioactive de l’émission de particules
par le soleil est maintenant complètement abandonnée.
Lindemann a montré, en particulier, qu’elle revient à
admettre une radioactivité absolument inadmissible
-
)
pour le soleil.
2’ La théorie de Dauvillier. - Dauvillier pour réaliser
une synthèse d’un très grand numbre de phénomènes
cosmiques a imaginé (9) que le soleil émet des électrons
de 101° V; l’aurore serait alors produite par des électrons secondaires prenant naissance dans notre atmosphère à environ 6 000 kms d’altitude. Les électrons
primaires seraient accélérés par un champ électrique
existant dans la chromosphère solaire (9, p. 306).
3’ La théorie de Milne.
C’est la forme nouvelle
de la théorie de la pression de radiation pour les
atomes, conforme aux données de la physique. Elle a
d’abord été proposée pour expliquer la grande hauteur
atteinte par le calcium ionisé dans la chromosphère
solaire (1°); un développement ultérieur de la théorie
a permis à Milne de montrer que des atomes de Ca II
peuvent s’échapper du soleil (11). C’est à la pénétration
de ces atomes dans notre atmosphère que Milne
attribue les aurores.
Il est bien évident que la charge électrique du soleil
doit rester constante, et par suite en négligeant les
charges qui pourraient arriver à sa surface, sous forme
de rayons cosmiques par exemple, il doit émettre
autant de charges positives que de charges négatives.
Les seules modes d’émission que nous ayons à considérer sont liés à l’état électrique du soleil ainsi qu’à
la pression de radiation. Nous allons étudier ces divers
effets.
-
4. La
-
pression de radiation. Théorie de Milne.
un atome ne pouvant exister que dans
Considérons
deux états
désignés
par 1 et 2 et
l’état 1 ; il peut absorber
un
supposons-le
dans
quantum hv qui le porte à
qui lui fournit une quantité de mouvement h.
c
Il reste un temps T dans l’état 2 puis il émet, dans une
direction quelconque, un quantum Il v et il acquiert une
l’état 2 et
v
quantité
de
.
mouvement ", qui
c
en
moyenne est
nulle,
le rayonnement émis est isotrope (la quantité
de mouvement fournie par l’absorption est dirigée en
moyenne vers l’extérieur puisque le rayonnement
absorbé provient du soleil). L’atome revient ainsi à
l’état 1, y reste en moyenne un temps
le cycle
puisque
305
Pendant un cycle, l’atome tombe libreacquiert par suite une quantité de mouvement
ln g « + ’t’) qui pour que l’atome libre soit en équilibre
doit en moyenne être égale à la quantité de mouvement obtenue par suite de l’absorption du rayonnerecommence.
ment et
ment.
On démontre que, pour le
ces considérations
calcium ionisé. L’état 1
est 28 et l’état 2 est obtenu en confondant les états
2Pi et 2P2 qui sont très voisins ; la pression de radiation est relativement très négligeable pour les autres
atomes.
s’appliquent spécialement
soleil,
au
on trouve que la vitesse limite des atomes
CaII est 1,6 . 108 cm . sec-1.
Tout ceci ne peut s’appliquer que lorsqu’un très
petit nombre d’atomes est expulsé, en effet dans le cas
contraire la raie d’absorption serait elle-même déplacée
et par suite l’effet serait considérablement réduit.
intégrant
3. Expulsion thermique d’électrons par le
La température
Soleil. Etat électrique du Soleil.
de la surface solaire est environ 6 000 K. Calculons la
vitesse des électrons libres et considérons la possibilité
qu’ils ont d’échapper au soleil. Si n est le nombre total
d’électrons par unité de volume, le nombre d n d’électrons de vitesse comprises entre v et v -~- d v est :
---
m, est la masse de l’électron; Il, une constante. La
vitesse quadratique moyenne des électrons est, en
appelant T la température, donnée par :
Fig. 1.
~:.Exam~inons maintenant comment des atomes peuvent
être émis. La figure 1 représente schématiquement une
(raie la raie H ou la raie /f de Call). Un atome en èquilibre absorbe une longueur d’onde ),o correspondant
au minimum d’intensité dans la raie. En réalité par
suite de l’agitation thermique et de ce que l’absorption des
quanta s’effectue au hasard et n’assure que statistique-
l’équilibre, il peut se faire qu’un atome prenne
vitesse appréciable dirigée vers l’extérieur du
soleil; alors par suite de l’effet Doppler la longueur
d’onde qu’il absorbe est déplacée vers les courts 1B, par
A ce moment il est soumis à un rayonexemple en
nement plus intense qui accélère son mouvement vers
l’extérieur. L’accélération croît jusqu’à ce que la longueur d’onde absorbée devienne ,~2, où elle devient
constante. Mais comme entre temps l’atome s’éloigne
du soleil, le rayonnement devient plus faible puis négligeable et on conçoit que la vitesse des atomes tende
vers une limite. Si par contre les circonstances amenaient un atome à avoir une vitesse dirigée vers l’intérieur du soleil, il absorberait une longueur d’onde telle
que ~’, et l’intensité du rayonnement augmentant, la
valeur absolue de sa vitesse serait diminuée et la
longueur d’onde qu’il absorbe tendrait à redevenir Ao.
L’équation du mouvement est :
ment
pour les électrons solaires
on
trouve :
Le nombre ni d’électrons ayant une vitesse supérieure
à une certaine limite vo est donné par la petite table
suivante :
une
soleil; g, la gravité à sa surface,
la distance de l’atome au centre du soleil ; I, l’intensité du rayonnement pour la longueur d’onde À qu’il
peut absorber et IQ l’intensité au centre de la ligne. En
ci, est le rayon du
r,
voit qu’il n’y a pratiquement pas d’électrons ayant
des vitesses supérieures à 3 000 km/sec. Cette vitesse
correspond à une énergie de 20 e. V environ.
La vitesse limite d’échappement à la surface solaire
est :
on
à la surface solaire; a, rayon du soleil).
On voit que la plupart des électrons solaires ont des
vitesses supérieures à la vitesse d’échappement et par
suite il est nécessaire que le soleil soit chargé positivement car s’il n’en était pas ainsi à un instant donné la
déperdition d’électrons serait tellement rapide qu’il
acquerrait bientôt une charge positive.
Supposons que la charge positive du soleil soit répartie en couches concentriques, sans qu’il y ait lieu de
préciser davantage. Tout se passe comme si la charge
était concentrée au centre du soleil pourvu que les élec-
(g, gravitation
C1I
’
306
trons libres étudiés sé trotive placés extérieurement à la
on
qu’on pourra toujours
supposer, ear s’il n’en était pas ainsi leur expulsion
hors du soleil les placerait forcément à un moment
donné, à l’e;térieur des couches chargées. Soit - e la
charge négative d’un électron, ¡BTe la charge positive du
soleil, on calcule sans peine que la vitesse limite
d’échappement deviènt V2
risées
région chargée positivement,
ce
-
--
peut
régions actives sont caractés
perturbation locale du champ élec-
admettre que les
par
une
trique facilitant l’émission des électrons. Cette émission
tend à diminuer la perturbation électrique et par suite
au bout d’un certain temps l’émission s’arrête, mais à
ce moment la charge totale positive du soleil est augmentée, de forte que l’ensemble du soleil n’émet que
des ions par la pression de radiation, jusqu’à ce qu’une
nouvelle perturbation du champ électrique se produise
la surface solaire.
Il est d’ailleurs assez probable que les deux phénoSi l’on détermine la charge
par la condition qu’elle mènes énumérés entrent simultanément en jeu.
Dans tous les cas, les vitesses des électrons émis
doit empêcher l’échappement de tous les électrons de
seront faibles, d’un ordre de grandeur de quelques
vitesse inférieure à 3.108 ém jseé Oh obtiént :t
centaines à quelques milliers de km par sec.
Il faut examiner encore si au dessus de la surface
c’est-à-dire dans la chromosphère, ne peut
solaire,
Le volume du soleil est en nombre rond 2x~0~ cm3
si on admet que la charge est répartie uniformément exister un champ électrique qui accélérerait les électrons. Un tel champ a été postulé par Dauvillier qui
dans toute sa masse, la charge que nous venons de
calculer signifierait qu’il faudrait ajouter un électron avait besoin, pour sa théorie, d’électrons ayant une
énergie de 10iOe. V. Nous avons vu d’autre part (p. 304)
pour chaque cube de deux cents millions de mètres
que la production des aurores ne peut s’expliquer par
cubes pour l’amener à être électriquement neutre. Une
des électrons que si ceux-ci ont des énergies de
telle charge est extrêmement petite.
6 X 10~ e. V àu moins.
L’influence de la charge électrique que nous venons
L’étude du champ chromosphérique a fait l’objet de
de calculer est négligeable pour des ions. En effet si p
recherches par Pannekoek (1+), Rosseland (’à) et surest la masse d’un ion et V:i sa vitesse limite d’échappetout Milne (16) en négligeant la pression de radiation.
ment, on a :
Leur conclusion est que le champ électrique est extraOMinairenient faible. Milne par exemple trouvé que la
séparation des ions et des électrons suivant la loi de
Dalton ne se ptoduit que lorsque la pression devient
inférieure à 10-34. En outre, si artificiellement on introduisait un èhamp électrique dans line atmosphère
on trouve que pour les ions d’hydrogèneest de l’ordre
stellaire de 40. 000 Y par cm, on ne pourrait obtenir
de 10-2 et que pour les ions CalI il est de l’ordre de
entre deux points quelconques de cette atmosphère
2 X 10-4. D’autre part la vitesse quadratique moyenne
des différences de potentiel excédant Un volt. En un
des ions d hydrogène et de calcium est respectivemot, tout se passe comme si les atmosphères stellaires
25
4
étaient extraordinairement conductrices.
d
de celle des
’1
et par suite
ment
électrons
1OOu 1uuu
Si l’on négligeait rémission des ions et des électrons
leur émission thermique est pratiquement impossible.
et qu’on reprenne le calcul précédent en tenant compte
Ces résultats ontt été obtenus par Milne e 2) et ils nous
de la pression de radiation, on serait conduit à des
étaient inconnus lorsque nous sommes arrivée à la
résultats tout à fait analogues, car la pression de radiamême conclusion (13).
tion n’agit au fond que comme une modification à la
L’émission d’ions positifs par la pression de radialoi de gravité et ne pourra donner par suite lieu à une
tion tend à diminuer la charge positive du soleil et
augmentation dans le rapport ~ï0la ou même 6 10~ du
par suite à permettre l’émission d’électrons destinée à
champ électrique. D’ailleurs le problème ne présente
la compenser électriquement. Il est difficile de se ren- iiii intérêt que si l’on tient compte de l’émission des
dre compte si l’émission est constamment neutre, ou
particules. Nous allons l’étudier dans ce cas mais sans
seulement statistiquemnnt neutre. On peut imaginer
effectuer de théorie générale, ce qui n’en vaut pas la
des représentations valables pour l’un ou l’autre cas.
peine.
i" Si constamment l’émission est neutre, lorsque le
Supposons qu’à l’état initial il n’y ait qu’un champ
soleil possède une zone active on doit admettre que
très petit, il est bien évident qu’aucun champ imporcelle-ci possède un caractère éruptif, c’est-à-dire que
tant ne pourra prendre naissance, car nous nous
les électrons aussi bien que les ions possèdent une
trouvons dans le cas que nous venoiis d’examiner tout
vitesse d’ensemble qui leur permet plus facilement
au long. En effet, si l’émission par pression de radiation
d’échapper à l’attraction solaire. En l’absence d’une était nulle, le champ serait très petit et aurait pour
zone active, la charge du soleil aurait juste la valeùr
simple effet de retenir les électrons de manière à condonnant lieu à une émission égale d’ions et d’électrons.
trebalancer les effets de l’agitation thermique. Si l’émission des ions est faible, l’émission d’électrons qui doit
~° Si l’émission est neutre seulement statistiquement
sur
et
e
.
307
lui être égale est elle aussi faible et là encore le champ
doit avoir pour effet de retenir les électrons, ear en
F absence dd tout champ, comme nous l’avons dit, la
vitesse thermique d’agitation serait comparable à la
vitesse limite d’échappement à la surface du soleil.
Enfin l’émission des ions ne peul être considérable car
le mécanisme qui lui donne naissance s’y oppose et
qu’en outre les observations de vitesses radiales dans
la chromosphère ne s’accordent pas avec une telle con-
ception.
Supposons au contraire maintenant que la chromosphère soit le siège d’un champ électrique important.
Alors un nombre considérable d’électrons s’échappera
avec une très grande vitesse. Par contre les ions seront
retenus,
effet
eh
sîôrvV est
r
(p, 305) devient
le
champ,
p l’équation (1),
()
:
la valeur maximum du premier terme du second
membre s’obtient en prenant r = a et I - 1, (fig, 1)
Pour les raies H et K oil a,
r
pour que
dt2
soit
environ 1,- o = 9
positif il
el par suite
faut que l’on ait :
c’est-à-dire
Une valeur t68 fois plus petite que celle
admise par Dauvillier.
Par conséquent, un champ important ne peut
subsister, l’émission des électrons n’étant compensée
par rien, et on retombe sur le cas étudié précédemment
où seule la compensation a lieu.
6. Retour sur la production des aurores Nous venons de voir que le soleil émet en nombre égal
des ions de Ca II de vitesse 1,6 108 cm/sec et des électrons lents de vitesses faibles (au plus quelques milliers
de km/sec) pouvant d’ailleurs avoir des valeurs quelconques. Nous avons dit (p. 304) que les vitesses des
corpuscules qui expliqueraient les retards des perturbations magnétiques sur terre sont comprises entre 0,3
108 et 1,8 908 cm/sec avec une moyenne de 0,7 108. La
variabilité de ces nombres parait plutôt explicable si
les aurores sont produites par les étectrons. mais peut
aussi s’expliquer dans le cas des ions si on admet que
la zone active n’est pas confondue avec la tache solaire.
En ce qui concerne la pénétration des ions Ca II dans
l’atmosphère, Milne (11) rappelle des mesures de
Blackett suivant lesquelles un atome d’argon, ayant
sensiblement même masse qu’un atome de calcium, a
un parcours dans l’air de 0, i6 cm si sa vitesse est 1,6
108 cm/sec. Blackett estime d’ailleurs que pour un
atome de Ca Il le parcours serait sensiblement plus
petit. Or d’après Chapman et Milne la masse d’air
située au-dessus de 100 km d’altitude est 0,4
cm
et si
l’hyTtlrogène existe aux hautes altitudes de la manière
trouvée a11 voisinage du sol cette masse s’élèverait à
cm.
1,2 cm. Au-dessus de 80 km, la masse d’air est
Les observations d’aurores donnent souvent des altitudes de 80 km et même inférieures. Eh outre les particules électrisées décrivent des sortes d’hélices autour
des ligues de force du champ magnétique terrestre, ce
qui augmente encore leur parcours dans l’air, et par
suite il semble que les atomes de calcium aient des
pénétrations au moins 50 fois trop faibles dans l’atmos-
phère.
Lès électrons, eux, devraient posséder des vitesses de
l’ordre de 101 cm/sec pour atteindre l’altitude 80 km,
vitesse extrêmement supérieure à celle des électrons
émis par le soleil. Cependant certaines considérations
telles que le sens d’enroulement de la zone aurorale et
la variation du retard des perturbations magnétiques
ainsi que l’impossibilité d’avoir des ions pénétrant
assez profondément dans 11atmosphère semblent indiquer que les aurores sont bien produites par des électrons. Ceux-ci devront alors être accélérés de marnière
à atteindre la terre avec une vitesse de 101° cmjsec.
Une telle accélération pourrait être produite par la
terre
elle-même, supposée chargée positivement. On
charge nécessaire serait :
trouve que la
Ne = 6 X 1010
u.e.s.
Cette charge est très petite. On sait que le champ électrique terrestre s’annule vers 10 km d’altitude et oh
ignore ce qu’il devient aux altitudes élevées. On calcule
que pour rendre compte de la charge que nous venons
de trouver il suffirait d’ajouter au-dessus de cette
altitude un électron par 1011 atomes à ceux qui existent pour neutraliser cette charge.
Il faut maintenant se rendre compte de la manlèrë
dont le champ électrique terrestre peut se maintenir. Ce point a toujours été négligé dans les
théories des aurores. Les auteurs admettaient que
les aurores sont produites par des particules d’un
seul signe et par suite la charge de la terre
devrait augmenter jusqu’à empêcher les particules
de l’atteindre.
Dans le cas qui nous occupe la charge positive de la
terre calculée plus haut suffit à repousser les ions de
calcium et par suite les électrons seuls pénètrent profondément dans l’atmosphère. Il n’est pas impossible
que l’action combinée des champs magnétiques et électriques de la terre permette à des ions de décrire des
orbites périodiques autour de la terre, ce qui contribuerait à l’entretien du champ électrique. Mais il y a
une autre cause beaucoup plus sûre à cet entrelien qui
provient des rayons cosmiques. En effet on pense
maintenant que le rayonnement cosmique primaire est
chargé positivement d’après l’effet de dissymétrie du
nombre de rayons observés en fonction de la distance
zénithale au voisinage de l’équateur, comme cela a été
montré en particulier par Rossi et par Auger et
Leprince-Ringuet (17).
308
Remarques
aucune
.
et conclusions. -
L’hypothèse
que
suggérer a l’avantage de ne nécessiter
hypothèse purement gratuite. Nous avons en
nous venons
de
effet étudié la nature des particules que le soleil est
susceptible d’émettre. Leur vitesse de propagation
entre le soleil et la terre nous est en outre connue par
le retard des perturbations magnétiques et se trouve
en accord avec les vitesses déduites de l’étude des phénomènes d’émission sur le soleil. Comme les particules
n’ont pas l’énergie nécessaire pour entrer assez profondément dans l’atmosphère terrestre, elles doivent être
accélérées par un champ électrique d’origine terrestre.
Si la terre était chargée négativement les ions seraient
accélérés et les électrons repoussés, mais on ne voitt
pas comment la charge se maintiendrait et par suite la
terre est chargée positivement, la charge pouvant être
conservée grâce aux rayons cosmiques.
L’utilité d’une théorie est qu’elle permet de prévoir
des faits nouveaux. La théorie que nous venons d’établir laisse prévoir une variation de la hauteur minima
des aurores au cours du cycle solaire. En effet au minimum d’activité les aurores sont rares et par suite la
charge positive due aux rayons cosmiques augmente et
lorsqu’il y a une aurore les électrons sont davantage
accélérés et la limite inférieure de l’aurore est plus
basse. Il semble probable que la hauteur minimum des
aurores doit se trouver deux à trois ans environ après
le minimum d’activité solaire.
La théorie que nous venons de proposer soulève un
certain nornbre de problèmes qui devraient être résolus
avant qu’on puisse la regarder comme définitivement
établie.
a) La distance théorique de la zone aurorale au pôle
est certainement augmentée par la présence du champ
électrique. Si le champ magnétique produit par les particules électrisées elles-mêmes était négligeable, on
trouverait par la comparaison de la théorie à la posi-
tion réelle de la zone aurorale, une valeur de la charge
électrique de la terre. Stôrmer a étudié (18) les trajectoires des électrons soumises simultanément à un
champ magnétique et à un champ électrique, en vue
d’une application au soleil, mais il n’a pas donné d’indications sur la position de la zone aurorale.
b) Le nombre d’ions Ca II s’échappant du soleil par
suite de la pression de radiation n’est pas connu. Il
serait intéressant de pouvoir le déterminer.
c) La pénétration des ions CAII dans l’air serait intéressante à étudier directement. Outre leur pénétration
il faudrait voir si on ne devrait pas observer des raies
de Ca]I ou de Caldaos l’atmosphère lors des aurores
dans le cas où les aurores ne seraient pas dues à des
électrons. Les raies de Cal seraient obtenues de la
manière suivante : les ions CaIl arrivés au bout de
leur trajet dans l’atmosphère, y séjourneraient et redeviendraient neutres, sous l’influence du bombardement par de nouveaux ions ils émettraient alors des
raies de CaI. Des observations analogues ont été réalisées par Jones (1g) qui bombardait de la vapeur de
mercure avec des ions Li II et qui a obtenu des raies de
Li/0.
Il ne nous a pas été possible dans cet article d’étudier
toutes les théories qui ont été émises au sujet des
aurores. Certaines sont périmées ou trop évidemment
contredites par les faits, d’autres, comme la théorie de
Chapman et Ferraro, ne sont que des développements
d’une idée générale en vue d’expliquer les détails des
phénomènes et n’entraient pas dans notre sujet où
nous n’avons voulu considérer que les grandes lignes
du problème.
(*) Dans une note récente Maurer (2°) a obtenu des raies très
intenses de Li I et une raie faible de Li II en bombardant de
l’hélium avec des ions Li ll. 11 reiette d’ailleurs l’hypothèse de
Jones.
Manuscrit reçu le 2 mai 1937.
BIBLIOGRAPHIE
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