jeanflop/post_ocr_correction2 huggingface dataset:
les techniciens de m'excuser si je parle de questions que je connais mal et que j'ai simplement étudiées par la lecture de livres et de mémoires. Nous verrons que d'autres moyens d'information, comme l'observation des aurores polaires et de la lumière du ciel nocturne ou crépusculaire, sont aussi à notre disposition ; c'est seulement en combinant, en comparant les renseignements fournis par diverses sources que nous arriverons à préciser un peu nos idées sur les conditions physiques régnant dans l'ionosphère. Il s'agit, en effet, de comprendre, en restant sur le sol, ce qui se passe à 100 kilomètres et au-delà. On ne peut arriver au but que par une observation minutieuse et une analyse profonde de tous les phénomènes touchant l'ionosphère. En somme, nous sommes obligés d'employer des méthodes indirectes; elles sont plus ou moins compliquées. Je préfère vous avertir, pour que vous ne soyez pas surpris si, pour aboutir à de petits résultats, je suis parfois amené à faire des raisonnements, qui paraissent a priori très éloignés du sujet. Au fond, ce n'est pas tant la question de la distance qui nous crée des difficultés, qu'est-ce, 100 kilomètres, pour un astronome ? — mais plutôt la faible importance relative de l'ionosphère dans l'ensemble de notre atmosphère. Si l'on représente cette importance par un rapport, qu'obtient-on ? Le résultat est imprévu : en masse, un nombre presque négligeable ; en volume, un rapport supérieur à l'unité. En effet, admettons, comme on le fait généralement, que l'ionosphère commence à 100 kilomètres; la pression à cette altitude est d'environ 10-3 millimètres de mercure ; cela signifie qu'en masse l'ionosphère forme à peine le millionième de l'atmosphère. Si nous éprouvons une surprise, c'est bien celle de constater qu'une aussi faible fraction puisse jouer un rôle important. Ce rôle exceptionnel, l'ionosphère le doit à une raison très simple : c'est elle qui reçoit le rayonnement solaire non encore filtré, notamment les radiations de l'ultraviolet lointain, très facilement absorbables, et aussi les corpuscules matériels projetés par le Soleil. C'est parce qu'elle est bombardée par ces corpuscules, parce qu'elle absorbe ces radiations, que la très haute
de l'ionosphère dans l'ensemble de notre atmosphère. Si l'on représente cette importance par un rapport, qu'obtient-on ? Le résultat est imprévu : en masse, un nombre presque négligeable ; en volume, un rapport supérieur à l'unité. En effet, admettons, comme on le fait généralement, que l'ionosphère commence à 100 kilomètres; la pression à cette altitude est d'environ 10-3 millimètres de mercure ; cela signifie qu'en masse l'ionosphère forme à peine le millionième de l'atmosphère. Si nous éprouvons une surprise, c'est bien celle de constater qu'une aussi faible fraction puisse jouer un rôle important. Ce rôle exceptionnel, l'ionosphère le doit à une raison très simple : c'est elle qui reçoit le rayonnement solaire non encore filtré, notamment les radiations de l'ultraviolet lointain, très facilement absorbables, et aussi les corpuscules matériels projetés par le Soleil. C'est parce qu'elle est bombardée par ces corpuscules, parce qu'elle absorbe ces radiations, que la très haute atmosphère a des propriétés singulières. Parmi ces propriétés singulières, je reviens sur celle que j'ai signalée, il y a un instant : tandis que la masse de la très haute atmosphère est très petite, son volume est énorme. Si les conditions à haute altitude ne différaient pas beaucoup de celles que l'on trouve au voisinage du sol, la diminution relative de la pression pour une hauteur croissante devrait être sensiblement constante dans toute l'atmosphère, comme l'exprime la loi de Laplace. Mais alors on devrait rencontrer à peine un millier de particules par mètre cube à l'altitude de 300 kilomètres ; ce qui est faux, car les mesures radioélectriques nous montreront que le nombre d'électrons par mètre cube est bien grand. On peut exprimer la même chose d'une manière saisissante en considérant toutes les variations relatives de la pression avec l'altitude : tandis que la pression se réduit de 1000 à 1 entre le sol et 100 kilomètres, elle ne diminue vraiment que dans la proportion de 200 à 1 environ entre 100 et 250 kilomètres. Ce faible variation de la densité est d'ailleurs confirmée par d'autres observations encore très loin du « vide » interstellaire à 1000 kilomètres du sol,
que l'on trouve au voisinage du sol, la diminution relative de la pression pour une hauteur croissante devrait être sensiblement constante dans toute l'atmosphère, comme l'exprime la loi de Laplace. Mais alors on devrait rencontrer à peine un millier de particules par mètre cube à l'altitude de 300 kilomètres ; ce qui est faux, car les mesures radioélectriques nous montreront que le nombre d'électrons par mètre cube est bien grand. On peut exprimer la même chose d'une manière saisissante en considérant toutes les variations relatives de la pression avec l'altitude : tandis que la pression se réduit de 1000 à 1 entre le sol et 100 kilomètres, elle ne diminue vraiment que dans la proportion de 200 à 1 environ entre 100 et 250 kilomètres. Ce faible variation de la densité est d'ailleurs confirmée par d'autres observations encore très loin du « vide » interstellaire à 1000 kilomètres du sol, puisque les aurores s'étendent parfois jusqu'à cette altitude, puisque le ciel crépusculaire y est encore lumineux. Ainsi notre atmosphère a une extension extraordinaire vers les grandes hauteurs. Reste à savoir sous quel influence. Je vais suivre, dans mon exposé, un plan simple, presque imposé par la logique : je parlerai d'abord des mesures radioélectriques ; puis je montrerai quelles conclusions nous permettent d'obtenir d'autres observations, notamment l'étude des aurores et de la lumière du ciel nocturne ou crépusculaire. Mais mon plan ne sera pas rigide et, à l'occasion, je rapprocherai, pour les comparer, les résultats déduits des diverses sources d'information. Il faut admettre la présence de couches conductrices réfléchissantes dans la haute atmosphère pour expliquer la propagation aux grandes distances des ondes radioélectriques. En effet ces ondes sont de même nature que la lumière et dans un milieu homogène elles se propagent en ligne droite ; leur portée, même en tenant compte des phénomènes de diffraction, serait faible, si elles ne subissaient pas dans l'ionosphère des réflexions qui leur font épouser la courbure de la Terre (fig. 24). Par exemple, les transmissions entre la France et les Etats-Unis d'Amérique par ondes courtes font intervenir deux réflexions sur l'ionosphère et une
d'abord des mesures radioélectriques ; puis je montrerai quelles conclusions nous permettent d'obtenir d'autres observations, notamment l'étude des aurores et de la lumière du ciel nocturne ou crépusculaire. Mais mon plan ne sera pas rigide et, à l'occasion, je rapprocherai, pour les comparer, les résultats déduits des diverses sources d'information. Il faut admettre la présence de couches conductrices réfléchissantes dans la haute atmosphère pour expliquer la propagation aux grandes distances des ondes radioélectriques. En effet ces ondes sont de même nature que la lumière et dans un milieu homogène elles se propagent en ligne droite ; leur portée, même en tenant compte des phénomènes de diffraction, serait faible, si elles ne subissaient pas dans l'ionosphère des réflexions qui leur font épouser la courbure de la Terre (fig. 24). Par exemple, les transmissions entre la France et les Etats-Unis d'Amérique par ondes courtes font intervenir deux réflexions sur l'ionosphère et une sur le sol. La réflexion sur l'ionosphère se produit d'une manière analogue à celle qui intervient pour la lumière dans les mirages : l'indice de réfraction pour un rayon hertzien dépend du nombre de particules électrisées présentes par unité de volume ; il diminue quand cette densité croît ; si un rayon ascendant rencontre une région à fort gradient de densité électronique, une « couche » électronique, comme on dit, il s'écarte progressivement de la normale et peut être renvoyé vers le sol. En fait l'indice de réfraction pour les ondes électromagnétiques dépend non seulement du nombre de particules électrisées présentes par unité de volume, mais aussi de leur charge et de leur masse, et enfin de la fréquence des ondes. Certaines observations ont montré que les particules qui interviennent sont les électrons. En réalisant des mesures avec des ondes de fréquence connue, on a donc un moyen pour évaluer la densité N des électrons. C'est ce que l'on fait depuis bientôt une vingtaine d'années. Diverses méthodes sont employées : celle qui est la plus courante, la méthode du sondage vertical, consiste à émettre des signaux très brefs, que l'on reçoit à un poste récepteur voisin de l'émetteur et muni
un rayon ascendant rencontre une région à fort gradient de densité électronique, une « couche » électronique, comme on dit, il s'écarte progressivement de la normale et peut être renvoyé vers le sol. En fait l'indice de réfraction pour les ondes électromagnétiques dépend non seulement du nombre de particules électrisées présentes par unité de volume, mais aussi de leur charge et de leur masse, et enfin de la fréquence des ondes. Certaines observations ont montré que les particules qui interviennent sont les électrons. En réalisant des mesures avec des ondes de fréquence connue, on a donc un moyen pour évaluer la densité N des électrons. C'est ce que l'on fait depuis bientôt une vingtaine d'années. Diverses méthodes sont employées : celle qui est la plus courante, la méthode du sondage vertical, consiste à émettre des signaux très brefs, que l'on reçoit à un poste récepteur voisin de l'émetteur et muni d'un enregistreur sans inertie, un oscillographe cathodique ; à chaque signal émis correspond une double réception (fig. 25), l'une directe, l'autre par réflexion dans l'ionosphère ; en effet la réflexion se produit même pour un rayon normal aux couches électrisées lorsque la fréquence des ondes est suffisamment grande. L'intervalle entre les deux signaux reçus donne l'altitude de la couche réfléchissante ; d'après la fréquence de l'émetteur à partir de laquelle se produit la réflexion, on calcule la densité N des électrons à cette altitude. On constate que lorsqu'on fait varier la fréquence, l'altitude de réflexion change ; on peut ainsi déterminer de proche en proche comment la densité N varie avec l'altitude. On mesure aussi l'affaiblissement subi par les ondes réfléchies. Or l'énergie communiquée par les ondes aux électrons est dissipée par les chocs des électrons contre les autres particules présentes ; l'affaiblissement est donc proportionnel à la fréquence de ces chocs, qu'on évalue ainsi. La fréquence des chocs est une quantité qu'il est intéressant de connaître, car elle nous renseigne indirectement sur la pression ou la température. Remarquons bien, toutefois, qu'elle ne suffit pas pour nous permettre d'évaluer avec certitude ces deux quantités ; des solutions ont été proposées,
les deux signaux reçus donne l'altitude de la couche réfléchissante ; d'après la fréquence de l'émetteur à partir de laquelle se produit la réflexion, on calcule la densité N des électrons à cette altitude. On constate que lorsqu'on fait varier la fréquence, l'altitude de réflexion change ; on peut ainsi déterminer de proche en proche comment la densité N varie avec l'altitude. On mesure aussi l'affaiblissement subi par les ondes réfléchies. Or l'énergie communiquée par les ondes aux électrons est dissipée par les chocs des électrons contre les autres particules présentes ; l'affaiblissement est donc proportionnel à la fréquence de ces chocs, qu'on évalue ainsi. La fréquence des chocs est une quantité qu'il est intéressant de connaître, car elle nous renseigne indirectement sur la pression ou la température. Remarquons bien, toutefois, qu'elle ne suffit pas pour nous permettre d'évaluer avec certitude ces deux quantités ; des solutions ont été proposées, mais elles reposent toutes sur quelque hypothèse discutable. Quels sont les résultats essentiels de ces études ? Pre-nons d'abord le cas de la nuit ou d'une journée d'hiver dans nos régions. L'ionosphère comprend deux couches : la couche E à 100 kilomètres, la couche F vers 250 kilomètres. La couche E réfléchit les ondes relativement longues ; la couche F, les ondes courtes. L'expression « couche » est commode ; en réalité, elle s'applique bien à la région E, qui est mince, et mal à la région F, qui est très large. Si maintenant nous considérons des régions fortement éclairées par le Soleil, l'ionosphère y est en général plus compliquée : la couche F se dédouble en une couche Ft vers 220 kilomètres et une couche F2 vers 300 kilomètres ; la séparation entre ces deux couches est maximum pour la région du globe qui a le Soleil au zénith elle disparaît vers les points où la distance zénithale du Soleil dépasse 450. Pour fixer les idées, voici aussi quelques nombres ; pendant le jour le nombre d'électrons par centimètre cube est de 1 à 2 . 105 dans la couche E, de 105 à 106 dans la couche F.
E réfléchit les ondes relativement longues ; la couche F, les ondes courtes. L'expression « couche » est commode ; en réalité, elle s'applique bien à la région E, qui est mince, et mal à la région F, qui est très large. Si maintenant nous considérons des régions fortement éclairées par le Soleil, l'ionosphère y est en général plus compliquée : la couche F se dédouble en une couche Ft vers 220 kilomètres et une couche F2 vers 300 kilomètres ; la séparation entre ces deux couches est maximum pour la région du globe qui a le Soleil au zénith elle disparaît vers les points où la distance zénithale du Soleil dépasse 450. Pour fixer les idées, voici aussi quelques nombres ; pendant le jour le nombre d'électrons par centimètre cube est de 1 à 2 . 105 dans la couche E, de 105 à 106 dans la couche F. La fréquence des collisions subies pendant chaque seconde par un électron est de 105 et de 103 pour les couches E et F. A dire vrai, je simplifie un peu ; et les phénomènes réels sont souvent plus compliqués. L'ionisation des couches E et F subit des variations, qui sont les unes régulières, les autres accidentelles, à peu près comme cela arrive pour la plupart des éléments météorologiques. Il semble même exister des relations, très surprenantes, entre l'ionosphère et les événements de la basse atmosphère. Ainsi (fig. 26) Martyn et Pulley ont constaté, en Australie, un parallélisme étroit dans les variations de l'intensité d'ionisation pour la couche E et de la pression atmosphérique au sol. Tandis que les couches ionisées E et F favorisent la propagation des ondes, on trouve plus bas une couche, dite couche D, qui contrarie cette propagation. Celle-ci existe seulement pendant le jour et possède une ionisation généralement faible ; comme les chocs y sont fréquents, elle est très absorbante et elle arrête pratiquement pendant le jour les ondes commerciales moyennes. Elle se prête moins bien que les autres couches à des mesures ; et c'est regrettable, car elle est située vers 70 kilomètres, c'est-à-dire dans
les unes régulières, les autres accidentelles, à peu près comme cela arrive pour la plupart des éléments météorologiques. Il semble même exister des relations, très surprenantes, entre l'ionosphère et les événements de la basse atmosphère. Ainsi (fig. 26) Martyn et Pulley ont constaté, en Australie, un parallélisme étroit dans les variations de l'intensité d'ionisation pour la couche E et de la pression atmosphérique au sol. Tandis que les couches ionisées E et F favorisent la propagation des ondes, on trouve plus bas une couche, dite couche D, qui contrarie cette propagation. Celle-ci existe seulement pendant le jour et possède une ionisation généralement faible ; comme les chocs y sont fréquents, elle est très absorbante et elle arrête pratiquement pendant le jour les ondes commerciales moyennes. Elle se prête moins bien que les autres couches à des mesures ; et c'est regrettable, car elle est située vers 70 kilomètres, c'est-à-dire dans une région de l'atmosphère sur laquelle nous ne savons presque rien. Moins nous savons, plus notre curiosité est tendue. Aussi vais-je me permettre de faire ici une petite digression pour dire quelques mots d'une observation remarquable, qui concerne cette région : on y voit parfois des objets, que l'on appelle «très arbitrairement», comme dit M. Fabry, des « nuages » lumineux nocturnes (à ne pas confondre avec les nuages nacrés, aux belles couleurs, qui apparaissent dans les régions polaires et se trouvent beaucoup plus bas dans l'atmosphère, vers 25 kilomètres) ; ces nuages lumineux nocturnes apparaissent vers la fin du crépuscule, à l'ouest ou même au zénith; ils sont encore éclairés par le Soleil alors que celui-ci est déjà bas sous l'horizon ; ils ressemblent parfois à des cirrus ou à des cirrostratus ; leur altitude moyenne est 82 kilomètres ; ils se placent généralement d'est en ouest avec une grande vitesse, qui dépasse parfois 500 mètres à l'heure. Quelle est la nature de ces « nuages »? On sait seulement qu'ils sont constitués par des particules très fines, ayant un diamètre de l'ordre du micron. On pense à des cristaux de glace, mais il est beaucoup plus vraisemblable qu'il
«très arbitrairement», comme dit M. Fabry, des « nuages » lumineux nocturnes (à ne pas confondre avec les nuages nacrés, aux belles couleurs, qui apparaissent dans les régions polaires et se trouvent beaucoup plus bas dans l'atmosphère, vers 25 kilomètres) ; ces nuages lumineux nocturnes apparaissent vers la fin du crépuscule, à l'ouest ou même au zénith; ils sont encore éclairés par le Soleil alors que celui-ci est déjà bas sous l'horizon ; ils ressemblent parfois à des cirrus ou à des cirrostratus ; leur altitude moyenne est 82 kilomètres ; ils se placent généralement d'est en ouest avec une grande vitesse, qui dépasse parfois 500 mètres à l'heure. Quelle est la nature de ces « nuages »? On sait seulement qu'ils sont constitués par des particules très fines, ayant un diamètre de l'ordre du micron. On pense à des cristaux de glace, mais il est beaucoup plus vraisemblable qu'il s'agit de poussières, en général d'origine cosmique ; en effet l'apparition des nuages lumineux nocturnes est plus fréquente aux périodes où la Terre traverse des essaims d'étoiles filantes. L'ionisation de ces poussières ne serait-elle pas responsable de l'origine de la couche ionosphérique D ? C'est une hypothèse qui a été proposée. Pour bien comprendre ce qui se passe, il faut d'autres mesures, d'autres observations. Il faut surtout poursuivre l'étude systématique d'un phénomène extraordinaire qui se produit dans la couche D, phénomène très intéressant pour les astronomes, puisqu'il est certainement lié à l'activité du Soleil : je veux parler des « évanouissements brusques » des ondes courtes. Parfois, en effet, la couche D arrête aussi les ondes courtes, soudainement ; quand le phénomène est bien net, il y a panne de tous les récepteurs, pour toutes les ondes courtes et moyennes, dans la majeure partie de l'hémisphère éclairée par le Soleil. Les « évanouissements brusques » durent un quart d'heure environ et lorsqu'ils prennent fin, on peut constater que les couches E et F n'ont guère subi de modification, ce qui prouve que la région au-dessous de 100 kilomètres a été tout à coup ionisée si fortement qu'elle absorbait les ondes
proposée. Pour bien comprendre ce qui se passe, il faut d'autres mesures, d'autres observations. Il faut surtout poursuivre l'étude systématique d'un phénomène extraordinaire qui se produit dans la couche D, phénomène très intéressant pour les astronomes, puisqu'il est certainement lié à l'activité du Soleil : je veux parler des « évanouissements brusques » des ondes courtes. Parfois, en effet, la couche D arrête aussi les ondes courtes, soudainement ; quand le phénomène est bien net, il y a panne de tous les récepteurs, pour toutes les ondes courtes et moyennes, dans la majeure partie de l'hémisphère éclairée par le Soleil. Les « évanouissements brusques » durent un quart d'heure environ et lorsqu'ils prennent fin, on peut constater que les couches E et F n'ont guère subi de modification, ce qui prouve que la région au-dessous de 100 kilomètres a été tout à coup ionisée si fortement qu'elle absorbait les ondes sans les réfléchir. Or les observations montrent, par ailleurs, que les évanouissements brusques coïncident, dans la majorité des cas, avec des éruptions chromosphériques ; comme les débuts concordent à quelques minutes près, l'augmentation de l'ionisation n'est pas due à l'arrivée dans notre atmosphère d'électrons partis du Soleil, qui d'ailleurs aborderaient la Terre dans les régions polaires ; il faut admettre que l'ionisation est produite par un jet exceptionnel de lumière, qui accompagne l'éruption chromosphérique ; il s'agit de lumière ultraviolette certainement ; mais quelles sont les radiations actives, et qu'est-ce qui est ionisé ? Nous ne le savons pas encore de manière précise, car les données dont nous disposons ne permettent pas de choisir définitivement entre les diverses hypothèses qui ont été proposées. Nous ne savons pas non plus exactement comment se forment les couches E et F. L'influence de la lumière solaire sur les couches E et F est évidente (le problème est plus complexe pour F2) : leur ionisation varie au cours d'une journée, ou d'une saison à l'autre, à peu près proportionnellement à l'intensité de la lumière incidente ; pendant une éclipse de Soleil, on constate une diminution rapide. Mais là aussi des doutes subsistent. Tandis que,
la Terre dans les régions polaires ; il faut admettre que l'ionisation est produite par un jet exceptionnel de lumière, qui accompagne l'éruption chromosphérique ; il s'agit de lumière ultraviolette certainement ; mais quelles sont les radiations actives, et qu'est-ce qui est ionisé ? Nous ne le savons pas encore de manière précise, car les données dont nous disposons ne permettent pas de choisir définitivement entre les diverses hypothèses qui ont été proposées. Nous ne savons pas non plus exactement comment se forment les couches E et F. L'influence de la lumière solaire sur les couches E et F est évidente (le problème est plus complexe pour F2) : leur ionisation varie au cours d'une journée, ou d'une saison à l'autre, à peu près proportionnellement à l'intensité de la lumière incidente ; pendant une éclipse de Soleil, on constate une diminution rapide. Mais là aussi des doutes subsistent. Tandis que, par exemple, les uns attribuent la formation de la couche E à l'ionisation directe par les radiations solaires de longueur d'onde inférieure à 990 A, qui sont capables d'enlever un électron aux molécules d'oxygène, les autres objectent que le Soleil n'émet ces radiations qu'avec une intensité beaucoup trop faible. Il est vrai que certains auteurs n'hésitent pas à admettre que le rayonnement solaire serait, dans l'ultraviolet lointain, un million de fois plus intense que celui d'un corps noir à 7000° ! Comme vous le voyez, les théoriciens ont du pain sur la planche. Une autre énigme, qu'ils ont à résoudre, est celle du maintien d'une ionisation relativement élevée pendant la nuit (un dixième environ de la valeur diurne pour la couche E). Mais laissons là ces questions théoriques et reprenons l'étude descriptive de l'ionosphère. Je passe maintenant aux aurores et à la lumière du ciel nocturne, ou, plus exactement, comme ce sont des sujets très vastes, j'examinerai, spécialement les questions capables de nous donner des précisions sur les conditions dans la haute atmosphère. Les aurores sont une luminescence des couches atmosphériques supérieures, due à un bombardement par des particules électrisées lancées par le Soleil. L'altitude la plus fréquente des aurores