jeanflop/post_ocr_correction2 huggingface dataset:
choc. Dans les conditions ordinaires, c’est-à-dire lorsque la pression n’est pas trop faible, la plupart des recombinaisons se réalisent par des chocs triples, l’énergie disponible étant cédée en grande partie, sous forme d’énergie d’excitation, à une troisième particule ; on écrira, par exemple : 0 + 0 + M → 02 + M' M désignant la troisième particule et M' cette particule portée à un certain niveau d’excitation. Quant aux chocs doubles, ils ne conduisent à la formation d'une molécule que si l'énergie disponible est libérée pendant la durée du choc, sous forme d'un rayonnement émis par la molécule formée. Comme nous savons quel est le temps nécessaire pour que cette émission ait lieu, nous voyons qu'à la température ordinaire à peine 1 ou 2 chocs sur 1 million sont accompagnés d'une émission lumineuse et, par suite, d'une recombinaison. Le calcul montre que dans l'ionosphère ce sont les recombinaisons par chocs doubles qui sont prépondérantes ; leur fréquence décroît rapidement avec l'altitude ; au cours d'une nuit de 10 heures la recombinaison moléculaire est notable au niveau de la couche E ; mais au-dessus de 100 kilomètres les recombinaisons deviennent vite rares et l'on arrive à cette conclusion que pour maintenir l'état atomique de l'atmosphère supérieure il suffit d'une faible source produisant la dissociation. Une remarque au sujet des recombinaisons par chocs doubles ou triples c'est que celles qui fournissent la plus grande partie de l'énergie nécessaire à l'excitation de la lumière du ciel nocturne. Je n'insiste pas sur ce mécanisme, mais j'attire votre attention sur la recombinaison par chocs doubles des atomes d'azote : tandis que dans le cas de l'oxygène les recombinaisons par chocs doubles peuvent être accompagnées de toute une série de bandes, dont l'énergie d'excitation est égale ou inférieure à 5 électron-volts, la recombinaison de deux atomes d'azote ne peut donner pratiquement qu'une seule bande, la bande (0,0) du premier groupe positif, car l'énergie de dissociation de l'azote dépasse à peine le potentiel d'excitation de cette bande et n'atteint pas le potentiel nécessaire pour exciter le premier niveau de vibration de l'état électronique B2. Or on
maintenir l'état atomique de l'atmosphère supérieure il suffit d'une faible source produisant la dissociation. Une remarque au sujet des recombinaisons par chocs doubles ou triples c'est que celles qui fournissent la plus grande partie de l'énergie nécessaire à l'excitation de la lumière du ciel nocturne. Je n'insiste pas sur ce mécanisme, mais j'attire votre attention sur la recombinaison par chocs doubles des atomes d'azote : tandis que dans le cas de l'oxygène les recombinaisons par chocs doubles peuvent être accompagnées de toute une série de bandes, dont l'énergie d'excitation est égale ou inférieure à 5 électron-volts, la recombinaison de deux atomes d'azote ne peut donner pratiquement qu'une seule bande, la bande (0,0) du premier groupe positif, car l'énergie de dissociation de l'azote dépasse à peine le potentiel d'excitation de cette bande et n'atteint pas le potentiel nécessaire pour exciter le premier niveau de vibration de l'état électronique B2. Or on vient de découvrir cette bande (0,0) du premier groupe positif dans le ciel nocturne, où elle a une intensité énergétique relativement énorme, 100 fois supérieure peut-être à celle de la raie verte aurorale ; c'est une radiation infrarouge, de longueur d'onde moyenne 10 450 Å. Dans un spectre du ciel nocturne sur plaque infrarouge que M. et Mme Herman ont obtenu avec moi à l'Observatoire de Lyon en février 1942, nous avons reconnu l'émission d'une radiation vers 10 400 Å, très intense vraisemblablement puisque la plaque est impressionnée au-delà de son seuil de sensibilité ; mais la découverte laissait quelque doute, car nous n'avons pu obtenir qu'un seul spectre. La radiation existe certainement, puisqu'elle vient d'être retrouvée par Stebbins, Whitford, et Swings qui ignoraient notre propre mesure et ont étudié, au Mont Wilson, le rayonnement infrarouge du ciel nocturne par une méthode photoélectrique. Ces auteurs ont envisagé, comme nous, une double origine possible de la radiation observée soit la bande (0,0) du premier groupe positif de l'azote, soit le doublet infrarouge interdit de N2. L'intensité trop grande écarte l'attribution de N2, mais, remarquons-le bien, elle confirme la dissociation atomique de l'azote dans l'atmosphère supérieure. Il reste à comprendre comment se
nocturne sur plaque infrarouge que M. et Mme Herman ont obtenu avec moi à l'Observatoire de Lyon en février 1942, nous avons reconnu l'émission d'une radiation vers 10 400 Å, très intense vraisemblablement puisque la plaque est impressionnée au-delà de son seuil de sensibilité ; mais la découverte laissait quelque doute, car nous n'avons pu obtenir qu'un seul spectre. La radiation existe certainement, puisqu'elle vient d'être retrouvée par Stebbins, Whitford, et Swings qui ignoraient notre propre mesure et ont étudié, au Mont Wilson, le rayonnement infrarouge du ciel nocturne par une méthode photoélectrique. Ces auteurs ont envisagé, comme nous, une double origine possible de la radiation observée soit la bande (0,0) du premier groupe positif de l'azote, soit le doublet infrarouge interdit de N2. L'intensité trop grande écarte l'attribution de N2, mais, remarquons-le bien, elle confirme la dissociation atomique de l'azote dans l'atmosphère supérieure. Il reste à comprendre comment se produit finalement cette dissociation. Eh bien, l'étude des propriétés de la molécule d'azote montre qu'une dissociation photochimique, analogue à celle de l'oxygène, devient possible dès que la température dépasse 1000°. Ainsi le problème de la dissociation atomique dans l'ionosphère se trouve lié à celui de la température. On a tenté d'évaluer la température dans l'ionosphère, soit à partir de certaines observations radioélectriques, soit par des mesures sur les spectres des aurores ou du ciel nocturne ; les résultats sont assez peu concordants, bien qu'ils conduisent pour la plupart à une température élevée au niveau de la couche F. Cette température élevée paraît d'ailleurs nécessaire pour expliquer la lente décroissance de la pression avec l'altitude, dont je vous ai parlé, car la dissociation atomique est insuffisante pour produire l'effet observé. En réalité, ce problème de la température des hautes couches atmosphériques est beaucoup plus complexe qu'on ne l'a admis jusqu'ici. Revenons, en effet, sur la réaction de dissociation des molécules d'oxygène par absorption des radiations solaires ultraviolettes. Nous pouvons appliquer à cette réaction l'équation d'Einstein, qui exprime, sous la forme quantique, le principe de la conservation de l'énergie pour l'effet photoélectrique : l'énergie d'un quantum absorbé est égale à la somme
d'évaluer la température dans l'ionosphère, soit à partir de certaines observations radioélectriques, soit par des mesures sur les spectres des aurores ou du ciel nocturne ; les résultats sont assez peu concordants, bien qu'ils conduisent pour la plupart à une température élevée au niveau de la couche F. Cette température élevée paraît d'ailleurs nécessaire pour expliquer la lente décroissance de la pression avec l'altitude, dont je vous ai parlé, car la dissociation atomique est insuffisante pour produire l'effet observé. En réalité, ce problème de la température des hautes couches atmosphériques est beaucoup plus complexe qu'on ne l'a admis jusqu'ici. Revenons, en effet, sur la réaction de dissociation des molécules d'oxygène par absorption des radiations solaires ultraviolettes. Nous pouvons appliquer à cette réaction l'équation d'Einstein, qui exprime, sous la forme quantique, le principe de la conservation de l'énergie pour l'effet photoélectrique : l'énergie d'un quantum absorbé est égale à la somme de l'énergie de la dissociation et de l'énergie cinétique communiquée par la dissociation aux atomes qui se séparent. Cette équation est générale et s'applique à toute ionisation ou dissociation photochimique. Je vous rappelle que l'on a pu, grâce à elle, déterminer avec une très bonne précision la constante h de Planck, en mesurant la vitesse des électrons libérés quand une lame métallique placée dans le vide est éclairée par des radiations de différentes longueurs d'onde. Appliquons donc l'équation d'Einstein au cas présent. Elle nous montre que l'énergie cinétique acquise par les atomes d'oxygène qui se séparent devient rapidement très grande quand on considère les diverses radiations absorbées: les radiations dissociantes sont celles comprises dans la bande d'absorption qui commence à 1750 Å ; les radiations de longueur d'onde X = 1750 Å ont juste l'énergie nécessaire pour réaliser la dissociation et les atomes d'oxygène n'ont pas de vitesse initiale ; mais pour X = 1700 Å, leur énergie cinétique correspond déjà à l'agitation thermique moyenne pour une température T = 6000 ; vers le maximum d'absorption de la bande, λ = 1450 Å, l'énergie correspond à T = 6000° et pour X = 1300 Å, à T = 9200° !
Planck, en mesurant la vitesse des électrons libérés quand une lame métallique placée dans le vide est éclairée par des radiations de différentes longueurs d'onde. Appliquons donc l'équation d'Einstein au cas présent. Elle nous montre que l'énergie cinétique acquise par les atomes d'oxygène qui se séparent devient rapidement très grande quand on considère les diverses radiations absorbées: les radiations dissociantes sont celles comprises dans la bande d'absorption qui commence à 1750 Å ; les radiations de longueur d'onde X = 1750 Å ont juste l'énergie nécessaire pour réaliser la dissociation et les atomes d'oxygène n'ont pas de vitesse initiale ; mais pour X = 1700 Å, leur énergie cinétique correspond déjà à l'agitation thermique moyenne pour une température T = 6000 ; vers le maximum d'absorption de la bande, λ = 1450 Å, l'énergie correspond à T = 6000° et pour X = 1300 Å, à T = 9200° ! Ce calcul entraîne deux conséquences importantes tout d'abord la notion de température perd son sens habituel pendant le jour dans l'ionosphère. En effet dire que la température d'un gaz a une certaine valeur signifie que les particules présentes — atomes ou molécules — ont des vitesses groupées autour d'une valeur moyenne, définie par cette température, suivant une loi de distribution que le calcul des probabilités permet de connaître. Il n'en est pas du tout ainsi dans l'ionosphère, puisque les vitesses des atomes d'oxygène formés par dissociation autour d'un point dépendent de la longueur d'onde du rayonnement solaire parvenant en ce point. Tout ce que l'on peut définir, c'est, si l'on veut, une « température équivalente », en convenant qu'elle détermine, en chaque point, la valeur moyenne de l'énergie cinétique des particules présentes. Les chocs tendent, évidemment, à ramener, à chaque instant, l'énergie cinétique de toutes les particules vers cette valeur moyenne, c'est-à-dire à rétablir la distribution habituelle des vitesses. Mais cet équilibre ne peut exister qu'en l'absence du rayonnement dissociant, notamment la nuit. D'autre part, nous venons de voir qu'il y a création d'atomes d'oxygène animés de très grandes vitesses. Le choc de ces atomes peut porter les molécules d'azote
moyenne, définie par cette température, suivant une loi de distribution que le calcul des probabilités permet de connaître. Il n'en est pas du tout ainsi dans l'ionosphère, puisque les vitesses des atomes d'oxygène formés par dissociation autour d'un point dépendent de la longueur d'onde du rayonnement solaire parvenant en ce point. Tout ce que l'on peut définir, c'est, si l'on veut, une « température équivalente », en convenant qu'elle détermine, en chaque point, la valeur moyenne de l'énergie cinétique des particules présentes. Les chocs tendent, évidemment, à ramener, à chaque instant, l'énergie cinétique de toutes les particules vers cette valeur moyenne, c'est-à-dire à rétablir la distribution habituelle des vitesses. Mais cet équilibre ne peut exister qu'en l'absence du rayonnement dissociant, notamment la nuit. D'autre part, nous venons de voir qu'il y a création d'atomes d'oxygène animés de très grandes vitesses. Le choc de ces atomes peut porter les molécules d'azote à des niveaux de vibration tels que leur dissociation photochimique devient aisée. Il y a plus, nous comprenons en même temps pourquoi les dissociations de l'oxygène et de l'azote se réalisent à la même altitude, l'une favorisant l'autre. Puisque, pour parvenir à cette explication, j'ai dû faire pas mal de détours, il est peut-être bon que je fasse rapidement le point et que je résume en quelques mots ce que l'étude des aurores et du ciel nocturne nous a appris sur l'ionosphère : au-dessus de 100 kilomètres on peut considérer l'atmosphère comme formée d'atomes, les molécules étant très rares ; les molécules d'oxygène sont dissociées par absorption du rayonnement solaire ultraviolet de longueur d'onde inférieure à 1 750 Å, et les atomes formés peuvent avoir une très grande vitesse ; quant aux molécules d'azote, c'est leur rencontre avec les atomes d'oxygène doués d'une grande énergie cinétique, qui rend leur photodissociation possible ; enfin l'état atomique de l'atmosphère supérieure se maintient facilement, parce que les recombinaisons y sont peu fréquentes. Je vais pour terminer examiner deux questions : les mouvements de l'atmosphère supérieure et sa composition. Comme je vous l'ai dit, les recombinaisons deviennent importantes au niveau de la couche E.
détours, il est peut-être bon que je fasse rapidement le point et que je résume en quelques mots ce que l'étude des aurores et du ciel nocturne nous a appris sur l'ionosphère : au-dessus de 100 kilomètres on peut considérer l'atmosphère comme formée d'atomes, les molécules étant très rares ; les molécules d'oxygène sont dissociées par absorption du rayonnement solaire ultraviolet de longueur d'onde inférieure à 1 750 Å, et les atomes formés peuvent avoir une très grande vitesse ; quant aux molécules d'azote, c'est leur rencontre avec les atomes d'oxygène doués d'une grande énergie cinétique, qui rend leur photodissociation possible ; enfin l'état atomique de l'atmosphère supérieure se maintient facilement, parce que les recombinaisons y sont peu fréquentes. Je vais pour terminer examiner deux questions : les mouvements de l'atmosphère supérieure et sa composition. Comme je vous l'ai dit, les recombinaisons deviennent importantes au niveau de la couche E. Elle doit donc provoquer une contraction nocturne de l'atmosphère supérieure sur la couche E. L'hypothèse de cette contraction a été, en effet, proposée pour expliquer certaines mesures ionosphériques ; mais on l'a attribuée à une diminution de la température par rayonnement, alors que les recombinaisons suffisent à la créer. Il se produit donc des mouvements verticaux importants dans la haute atmosphère. C'est une propriété qui surprend, d'autant plus qu'il existe aussi certainement des mouvements horizontaux très rapides, dont la vitesse dépasse largement celle des ouragans dans la basse atmosphère. On a diverses preuves de ces mouvements j'ai déjà parlé des déplacements des nuages lumineux nocturnes ; de même les trajectoires des météores et aussi les traînées phosphorescentes qui suivent les aurores se meuvent parfois très vite, comme poussées par un vent violent. Enfin les mesures radioélectriques elles-mêmes apportent une confirmation de l'intense turbulence de l'ionosphère ; voici comment dans les expériences réalisant le sondage vertical de l'ionosphère par émission de brefs signaux, on obtient fréquemment au récepteur non seulement le signal direct et un écho, mais un assez grand nombre d'échos multiples de 10 à 15 — également espacés, dus à des réflexions successives sur la couche ionisée et le
se produit donc des mouvements verticaux importants dans la haute atmosphère. C'est une propriété qui surprend, d'autant plus qu'il existe aussi certainement des mouvements horizontaux très rapides, dont la vitesse dépasse largement celle des ouragans dans la basse atmosphère. On a diverses preuves de ces mouvements j'ai déjà parlé des déplacements des nuages lumineux nocturnes ; de même les trajectoires des météores et aussi les traînées phosphorescentes qui suivent les aurores se meuvent parfois très vite, comme poussées par un vent violent. Enfin les mesures radioélectriques elles-mêmes apportent une confirmation de l'intense turbulence de l'ionosphère ; voici comment dans les expériences réalisant le sondage vertical de l'ionosphère par émission de brefs signaux, on obtient fréquemment au récepteur non seulement le signal direct et un écho, mais un assez grand nombre d'échos multiples de 10 à 15 — également espacés, dus à des réflexions successives sur la couche ionisée et le sol ; l'intensité de ces échos varie continuellement et — fait inattendu, qui n'a reçu jusqu'ici aucune explication satisfaisante—le plus souvent les échos d'ordre élevé ont une intensité supérieure aux premiers échos. Ces variations d'intensité sont une preuve que l'ionosphère est en état de perpétuelle et très rapide agitation. Assez souvent l'intensité des échos montre une périodicité, qui suggère le passage à très vive allure de véritables nuages d'électrons, ayant une structure régulière, par exemple comme les bandes de cirrus de la basse atmosphère. Ainsi, tandis que l'on croyait autrefois la haute atmosphère très tranquille, celle-ci est agitée. Ces mouvements produisent un brassage énergique de l'air, qui favorise une composition constante. Que savons-nous, en fait, sur la composition de l'air à très haute altitude ? J'ai raisonné comme si l'air était formé d'oxygène et d'azote, alors que l'on admettait il n'y a pas bien longtemps, que vers 100 km. l'atmosphère comprenait essentiellement de l'hydrogène, ou de l'hydrogène et de l'hélium. Le spectre des aurores et du ciel nocturne ou crépusculaire montre qu'il y a de l'oxygène et de l'azote jusque, si l'on peut dire, aux confins de l'atmosphère ; l'émission avec une intensité notable des raies interdites de O2 et
souvent l'intensité des échos montre une périodicité, qui suggère le passage à très vive allure de véritables nuages d'électrons, ayant une structure régulière, par exemple comme les bandes de cirrus de la basse atmosphère. Ainsi, tandis que l'on croyait autrefois la haute atmosphère très tranquille, celle-ci est agitée. Ces mouvements produisent un brassage énergique de l'air, qui favorise une composition constante. Que savons-nous, en fait, sur la composition de l'air à très haute altitude ? J'ai raisonné comme si l'air était formé d'oxygène et d'azote, alors que l'on admettait il n'y a pas bien longtemps, que vers 100 km. l'atmosphère comprenait essentiellement de l'hydrogène, ou de l'hydrogène et de l'hélium. Le spectre des aurores et du ciel nocturne ou crépusculaire montre qu'il y a de l'oxygène et de l'azote jusque, si l'on peut dire, aux confins de l'atmosphère ; l'émission avec une intensité notable des raies interdites de O2 et de N2 exige même la présence de très nombreux atomes d'oxygène et d'azote. Quant à l'hydrogène, on a reconnu récemment la présence de quelques-unes de ses raies dans des aurores ; mais le fait semble rare et l'on suppose qu'il s'agit d'une « pluie » exceptionnelle d'atomes d'hydrogène provenant du Soleil. S'il y a des atomes d'hydrogène dans l'atmosphère supérieure, ils s'échappent probablement assez vite dans l'espace interplanétaire, car la gravité est insuffisante pour les retenir, surtout s'ils ont acquis une grande vitesse par collisions avec d'autres particules. En résumé, j'ai tenté de vous donner une vue d'ensemble sur l'atmosphère supérieure. Les phénomènes que nous y observons sont assez complexes ; ils ne correspondent guère aux images théoriques simples qui étaient à peu près universellement admises il y a quelques années. La réalité est même plus complexe que ma description ne le laisse voir ; car j'ai à peine signalé certains faits et j'en ai laissé d'autres complètement sous silence, par exemple, l'influence du champ magnétique terrestre sur la propagation des ondes électromagnétiques, les relations entre l'intensité du champ terrestre et l'ionisation des couches électrisées, l' « effet Luxembourg », etc... J'ai naturellement insisté sur les points que j'ai jugés
Soleil. S'il y a des atomes d'hydrogène dans l'atmosphère supérieure, ils s'échappent probablement assez vite dans l'espace interplanétaire, car la gravité est insuffisante pour les retenir, surtout s'ils ont acquis une grande vitesse par collisions avec d'autres particules. En résumé, j'ai tenté de vous donner une vue d'ensemble sur l'atmosphère supérieure. Les phénomènes que nous y observons sont assez complexes ; ils ne correspondent guère aux images théoriques simples qui étaient à peu près universellement admises il y a quelques années. La réalité est même plus complexe que ma description ne le laisse voir ; car j'ai à peine signalé certains faits et j'en ai laissé d'autres complètement sous silence, par exemple, l'influence du champ magnétique terrestre sur la propagation des ondes électromagnétiques, les relations entre l'intensité du champ terrestre et l'ionisation des couches électrisées, l' « effet Luxembourg », etc... J'ai naturellement insisté sur les points que j'ai jugés essentiels ou ceux dont je me suis personnellement occupé ; mais il est possible que certains de ceux que j'ai volontairement négligés apparaissent un jour comme primordiaux dans la compréhension de la nature. Car là comme partout, celui qui veut comprendre ne doit négliger aucun détail, surtout s'il ne dispose, comme c'est le cas pour l'ionosphère, que de connaissances encore fragmentaires. Il est vraiment regrettable que l'on ne puisse pas aller sur place se rendre compte de ce qui se passe, ou que, du moins, on n'ait pas encore réussi à envoyer dans l'ionosphère des appareils enregistreurs, qui nous rapporteraient sans dommage des documents indiscutables. Si nous pouvions réaliser cela, quel immense progrès, non seulement pour l'étude de notre atmosphère, mais aussi dans notre connaissance du rayonnement solaire ultraviolet, si nous parvenions à obtenir un spectre solaire non limité par les bandes d'absorption de l'ozone et de l'oxygène. Qui sait ? Peut-être allons-nous assister un jour prochain à des expériences de ce genre. Pendant ces années de guerre on a fait beaucoup de progrès dans l'art de lancer des fusées et autres projectiles. Puissions-nous bientôt lancer des fusées simplement dans le but d'explorer l'ionosphère ! J. GAUZIT, Astronome à l'Observatoire