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aujourd'hui d'examiner, comment il se fait que nos Tables de réfractions, calculées pour des atmosphères sphériques en équilibre, donnent, jusque vers 80 degrés de distance zénithale, des résultats si concordants avec les réfractions de l'atmosphère réelle, dont les couches d'équivalents densités, surtout les inférieures, sont perpétuellement ondulantes et agitées. Ce n'est pas qu'à cette limite, et même plus près du zénith, on ne remarque dans ces phénomènes des variations accidentelles, que l'on dit avoir vu parfois s'élever à plusieurs secondes de degré. Sans prétendre contester le fait, je me bornerai à dire que l'appréciation de ces amplitudes est difficile, parce que, pour la connaître avec certitude, il faudrait en séparer les erreurs qui proviennent de l'état des instruments, de l'irrégularité locale des températures admises dans le calcul, des Tables de réfraction qu'on y emploie, enfin de l'observation elle-même. C'est pourquoi, dans ce que j'aurai à rapporter ici, sur ces accidents des réfractions atmosphériques, je m'appuierai particulièrement sur des observations qui ne sont propres, que j'ai faites spécialement pour les étudier, et qui ne seront pas sujettes aux mêmes objections. Mais avant tout, je me débarrasserai des mouvements de l'atmosphère, en réduisant leur influence sur les réfractions à ce qu'elle est réellement. La lumière emploie 493 secondes de temps sexagésimal à parcourir la distance du Soleil à la Terre, qui, dans sa valeur moyenne, comprend 24096 rayons terrestres, dont la longueur est connue en mètres. D'après cela, si l'on donnait à l'atmosphère terrestre 76400 mètres de hauteur, ce qui est plus d'une fois et demie celle que l'on peut lui attribuer d'après les indications physiques les mieux établies, le temps qu'une trajectoire lumineuse, même horizontale, mettrait à venir depuis sa sortie du vide jusqu'à un observateur placé à la surface de la Terre, serait moindre que la 314e partie d'une seconde. Pour une telle vitesse, les mouvements les plus violents qui puissent se produire dans l'atmosphère sont nuls et l'élément lumineux traverse les couches aériennes situées sur son passage, comme si elles étaient en repos. Les déplacements qui s'y sont opérés, n'influent sur sa marche, que par la répartition des densités
réellement. La lumière emploie 493 secondes de temps sexagésimal à parcourir la distance du Soleil à la Terre, qui, dans sa valeur moyenne, comprend 24096 rayons terrestres, dont la longueur est connue en mètres. D'après cela, si l'on donnait à l'atmosphère terrestre 76400 mètres de hauteur, ce qui est plus d'une fois et demie celle que l'on peut lui attribuer d'après les indications physiques les mieux établies, le temps qu'une trajectoire lumineuse, même horizontale, mettrait à venir depuis sa sortie du vide jusqu'à un observateur placé à la surface de la Terre, serait moindre que la 314e partie d'une seconde. Pour une telle vitesse, les mouvements les plus violents qui puissent se produire dans l'atmosphère sont nuls et l'élément lumineux traverse les couches aériennes situées sur son passage, comme si elles étaient en repos. Les déplacements qui s'y sont opérés, n'influent sur sa marche, que par la répartition des densités et des températures qu'ils ont amenées avec eux. Maintenant, supposez que l'observateur continue de regarder la même étoile pendant quelques instants, comprenant, par exemple, 10 secondes de temps sexagésimal. Durant ces 10 secondes, la Terre et l'atmosphère qui la recouvre, auront décrit autour de leur axe commun un angle dièdre qui comprend 150 secondes en arc; donc, à la fin de cet intervalle, l'élément lumineux qui parviendra de l'étoile à l'observateur, aura traversé une portion de l'atmosphère physiquement différente de celle que le premier avait parcourue, et qui pourra être un peu différemment stratifiée, ce qui occasionnera une inégalité correspondante dans la réfraction. On sait que la rétine une fois excitée par la lumière, conserve pendant un temps fixe, quoique très-court, l'ébranlement qu'elle a reçu. Conséquemment les impressions produites dans l'œil de l'observateur, par les trajectoires inégalement réfractées venues successivement de l'étoile durant un intervalle de temps moindre que celui-là, se mêleront et se superposeront pour ainsi dire, de manière à lui faire voir l'étoile plus ou moins dilatée et agitée selon l'inégalité d'état des portions différentes de l'atmosphère, que sa lumière aura dû traverser pour arriver jusqu'à lui. Les effets optiques dont je veux parler ici, diffèrent essentiellement de
qui comprend 150 secondes en arc; donc, à la fin de cet intervalle, l'élément lumineux qui parviendra de l'étoile à l'observateur, aura traversé une portion de l'atmosphère physiquement différente de celle que le premier avait parcourue, et qui pourra être un peu différemment stratifiée, ce qui occasionnera une inégalité correspondante dans la réfraction. On sait que la rétine une fois excitée par la lumière, conserve pendant un temps fixe, quoique très-court, l'ébranlement qu'elle a reçu. Conséquemment les impressions produites dans l'œil de l'observateur, par les trajectoires inégalement réfractées venues successivement de l'étoile durant un intervalle de temps moindre que celui-là, se mêleront et se superposeront pour ainsi dire, de manière à lui faire voir l'étoile plus ou moins dilatée et agitée selon l'inégalité d'état des portions différentes de l'atmosphère, que sa lumière aura dû traverser pour arriver jusqu'à lui. Les effets optiques dont je veux parler ici, diffèrent essentiellement de ces vibrations lumineuses avec changement instantané d'éclat et de couleur, que l'on observe fréquemment dans les images des étoiles, et que l'on appelle la scintillation. Arago a décrit en détail ces derniers phénomènes dans l'Annuaire du Bureau des Longitudes, pour 1852 et il en a donné une explication fondée sur le principe des interférences. Les astronomes observent tous les jours des accidents de ce genre dans la perception, non-seulement des étoiles, mais aussi des planètes. Il ne sera pas inutile pour le sujet que nous traitons, d'en apprécier au moins approximativement l'amplitude et comme on décrit toujours plus sûrement ce qu'on a vu que ce qu'on a ouï raconter, j'en rapporterai ici quelques exemples, qui se sont présentés à moi, dans le voyage astronomique que je fus chargé de faire en 1854 et 1855, sur divers points de l'Italie, de l'Illyrie et de l'Espagne, ayant pour aide le fils que j'ai perdu, et qui était devenu, depuis, membre de l'Académie des Inscriptions. Me trouvant, au commencement de 1825, à la station Scarpa, près de Fiume, pour mesurer la longueur du pendule, j'avais aussi à déterminer un azimut, que je désirais obtenir avec la dernière précision. Pour cela, entre autres procédés,
le principe des interférences. Les astronomes observent tous les jours des accidents de ce genre dans la perception, non-seulement des étoiles, mais aussi des planètes. Il ne sera pas inutile pour le sujet que nous traitons, d'en apprécier au moins approximativement l'amplitude et comme on décrit toujours plus sûrement ce qu'on a vu que ce qu'on a ouï raconter, j'en rapporterai ici quelques exemples, qui se sont présentés à moi, dans le voyage astronomique que je fus chargé de faire en 1854 et 1855, sur divers points de l'Italie, de l'Illyrie et de l'Espagne, ayant pour aide le fils que j'ai perdu, et qui était devenu, depuis, membre de l'Académie des Inscriptions. Me trouvant, au commencement de 1825, à la station Scarpa, près de Fiume, pour mesurer la longueur du pendule, j'avais aussi à déterminer un azimut, que je désirais obtenir avec la dernière précision. Pour cela, entre autres procédés, j'observai un grand nombre de passages supérieurs et inférieurs de la polaire avec une lunette méridienne de Fortin, munie d'un micromètre à cinq fils très fins, formés d'un fil de cocon dédoublé, que j'avais tendus moi-même, et que je surveillais avec un grand soin. Cette lunette, bien étudiée, était établie sur de gros piliers de pierre, scellés dans le roc; et sa fixité, qui ne s'est jamais démentie, se constatait à tout instant sur une mire visible de jour et de nuit, placée au sud de la station, à 16" en arc du méridien, dans l'île de Veglia, éloignée de 12 à 15 kilomètres. Les distances zénithales de la polaire étaient approximativement, dans le passage supérieur, 43° 4', dans l'inférieur, 46° 18'; et pour des observations faites aussi près du zénith, les irrégularités des réfractions sont généralement peu à craindre. Mais, dans cette localité adossée au sud des Alpes ilyriennes, il descend fréquemment de cette chaîne, pendant la saison d'hiver, des vents de nord furieux, appelés des Bora, dont la violence est telle, qu'il avait fallu recouvrir notre cabane par des câbles attachés au roc pour qu'elle ne fût pas emportée. Dans ces occasions, le mouvement horizontal de l'étoile, qui,
sur de gros piliers de pierre, scellés dans le roc; et sa fixité, qui ne s'est jamais démentie, se constatait à tout instant sur une mire visible de jour et de nuit, placée au sud de la station, à 16" en arc du méridien, dans l'île de Veglia, éloignée de 12 à 15 kilomètres. Les distances zénithales de la polaire étaient approximativement, dans le passage supérieur, 43° 4', dans l'inférieur, 46° 18'; et pour des observations faites aussi près du zénith, les irrégularités des réfractions sont généralement peu à craindre. Mais, dans cette localité adossée au sud des Alpes ilyriennes, il descend fréquemment de cette chaîne, pendant la saison d'hiver, des vents de nord furieux, appelés des Bora, dont la violence est telle, qu'il avait fallu recouvrir notre cabane par des câbles attachés au roc pour qu'elle ne fût pas emportée. Dans ces occasions, le mouvement horizontal de l'étoile, qui, par des temps calmes, est sensiblement uniforme, se montrait troublé par des oscillations très vives, que la lenteur de sa marche générale rendait fort sensibles, et que j'ai soigneusement observées. Quelques notes extraites de mes registres en donneront une idée plus vraie que ne ferait une description étudiée. 1825. Février 8. Polaire supérieure; de trois à quatre heures après midi. L'étoile est excessivement agitée par le Bora, ce qui la rend très dilatée et très faible. On n'a pu l'observer qu'au 4e et au 5e fil, en estimant l'instant moyen de son occultation, sans pouvoir l'assurer par ses contacts antérieurs et postérieurs que son mouvement oscillatoire rend impossible de fixer. 1825. Février 9. La même. Il fait un vent de Bora qui agite l'étoile de la façon la plus violente, et la rend comme une vapeur oscillante. On n'a pu l'observer qu'au premier fil et aux trois derniers. Elle est restée au plus longtemps pendant 10 secondes sous le 4e avant de lancer des rayons au-delà du second bord, après avoir cessé d'être visible de l'autre côté. Elle fait des oscillations qui la portent quelquefois soudainement à plus de 20 secondes de temps de son lieu vrai. 1823. Février 11.
8. Polaire supérieure; de trois à quatre heures après midi. L'étoile est excessivement agitée par le Bora, ce qui la rend très dilatée et très faible. On n'a pu l'observer qu'au 4e et au 5e fil, en estimant l'instant moyen de son occultation, sans pouvoir l'assurer par ses contacts antérieurs et postérieurs que son mouvement oscillatoire rend impossible de fixer. 1825. Février 9. La même. Il fait un vent de Bora qui agite l'étoile de la façon la plus violente, et la rend comme une vapeur oscillante. On n'a pu l'observer qu'au premier fil et aux trois derniers. Elle est restée au plus longtemps pendant 10 secondes sous le 4e avant de lancer des rayons au-delà du second bord, après avoir cessé d'être visible de l'autre côté. Elle fait des oscillations qui la portent quelquefois soudainement à plus de 20 secondes de temps de son lieu vrai. 1823. Février 11. La même. Vent de Bora qui l'agite. On a pu l'observer aux cinq fils. Voici quelques remarques sur ses passages. 1er Fil. L'étoile, d'abord séparée du fil, a volé sur lui d'une distance plus grande que le diamètre apparent qu'il sous-tendait. 2e Fil. L'étoile est sous le fil, et, quoique bien plus petite que lui, elle lance des rayons des deux côtés. 3e Fil. L'étoile éprouve des oscillations qui font varier subitement son lieu, comme en voltigeant, jusqu'à des distances qui valent plus de 10 secondes de temps. Elle se tourbillonne, et se défait quelquefois en plusieurs petites étoiles sensiblement écartées les unes des autres. 4e Fil. L'étoile est sous le fil et oscille des deux côtés. Dans ces observations, pendant l'intervalle de temps d'environ 20 minutes que l'étoile employait pour parcourir l'intervalle entre deux fils consécutifs, on constatait l'immobilité de la lunette en observant des passages d'étoiles dans le sud, et en vérifiant sur la mire de Veglia, qui s'est trouvée toujours exactement bissectée par le fil central. Ceci prouve donc, que, dans ces cas de perturbations violentes et locales de l'atmosphère, il se produit parfois, même à de modestes distances du zénith, des réfractions latérales dont la théorie
bien plus petite que lui, elle lance des rayons des deux côtés. 3e Fil. L'étoile éprouve des oscillations qui font varier subitement son lieu, comme en voltigeant, jusqu'à des distances qui valent plus de 10 secondes de temps. Elle se tourbillonne, et se défait quelquefois en plusieurs petites étoiles sensiblement écartées les unes des autres. 4e Fil. L'étoile est sous le fil et oscille des deux côtés. Dans ces observations, pendant l'intervalle de temps d'environ 20 minutes que l'étoile employait pour parcourir l'intervalle entre deux fils consécutifs, on constatait l'immobilité de la lunette en observant des passages d'étoiles dans le sud, et en vérifiant sur la mire de Veglia, qui s'est trouvée toujours exactement bissectée par le fil central. Ceci prouve donc, que, dans ces cas de perturbations violentes et locales de l'atmosphère, il se produit parfois, même à de modestes distances du zénith, des réfractions latérales dont la théorie ne saurait tenir aucun compte. Maisson voit également, que, s'opérant par oscillations, leur influence sur les positions absolues peut être éludée, dans des observations faites avec soin d'abord, par des estimations judicieuses de leurs phases moyennes; puis, par compensation entre les passages qui ont lieu aux différents fils, et à différents jours. Aussi, les observations que je viens de rapporter, ont-elles pu être employées à la détermination de l'azimut de la mire, avec non moins d'utilité, et sans plus d'erreur, que celles qui avaient été faites par des temps plus calmes. Dans cette même étendue de distances zénithales, moindre de 80 degrés, où les résultats de toutes les hypothèses mathématiques s'accordent, les réfractions présentent encore d'autres irrégularités accidentelles, dont l'effet s'exerce verticalement. J'ai eu l'occasion, et le devoir, d'étudier celles-ci avec de grands soins, quand je retournai à Formentera en 1825, pour mesurer de nouveau la longueur du pendule et la latitude, à cette limite australe de notre arc méridien. Mon observatoire nomade offrait pour cette étude les conditions les plus favorables solidement assis sur une masse de rochers, s'élevant isolée au milieu de la mer, et séparé seulement de l'air extérieur par une mince cabane qui lui laissait un
différents jours. Aussi, les observations que je viens de rapporter, ont-elles pu être employées à la détermination de l'azimut de la mire, avec non moins d'utilité, et sans plus d'erreur, que celles qui avaient été faites par des temps plus calmes. Dans cette même étendue de distances zénithales, moindre de 80 degrés, où les résultats de toutes les hypothèses mathématiques s'accordent, les réfractions présentent encore d'autres irrégularités accidentelles, dont l'effet s'exerce verticalement. J'ai eu l'occasion, et le devoir, d'étudier celles-ci avec de grands soins, quand je retournai à Formentera en 1825, pour mesurer de nouveau la longueur du pendule et la latitude, à cette limite australe de notre arc méridien. Mon observatoire nomade offrait pour cette étude les conditions les plus favorables solidement assis sur une masse de rochers, s'élevant isolée au milieu de la mer, et séparé seulement de l'air extérieur par une mince cabane qui lui laissait un libre accès autour des instruments, que des toiles légères tenaient constamment abrités contre les rayons du soleil. Aussi, quelles ont été les conséquences de ces dispositions? Du 7 juin au 1er juillet, 86 séries de passages méridiens d'étoiles ont été observées avec le cercle répétiteur, au nord et au sud, tant de nuit que de jour, depuis 33° 41' de distance zénithale, jusqu'à 74° 08', 7 Petite Ourse supérieure et 6 du Centaure, par des températures qui ont varié depuis + 16°, 1 jusqu'à + 31°, 3 du thermomètre centésimal. Or, non-seulement l'accord a été général; mais, pour chaque étoile, en particulier, quand on a rapproché les résultats partiels, les écarts de seconde en arc autour de leur moyenne, ont été des cas tout à fait exceptionnels; concordance, je crois, au moins égale, à tout ce que l'on a pu jusqu'ici obtenir, ou espérer, dans les observations fixes, avec de grands instruments. Ceci prouve évidemment l'exactitude des Tables de réfraction de Laplace dans toute l'amplitude de distances zénithales que ces observations embrassent, puisque les valeurs de cet élément qu'on en a déduites ont varié, dans les diverses séries, depuis 37", jusqu'à 102". Dans les observations de jour, que je destinais
tant de nuit que de jour, depuis 33° 41' de distance zénithale, jusqu'à 74° 08', 7 Petite Ourse supérieure et 6 du Centaure, par des températures qui ont varié depuis + 16°, 1 jusqu'à + 31°, 3 du thermomètre centésimal. Or, non-seulement l'accord a été général; mais, pour chaque étoile, en particulier, quand on a rapproché les résultats partiels, les écarts de seconde en arc autour de leur moyenne, ont été des cas tout à fait exceptionnels; concordance, je crois, au moins égale, à tout ce que l'on a pu jusqu'ici obtenir, ou espérer, dans les observations fixes, avec de grands instruments. Ceci prouve évidemment l'exactitude des Tables de réfraction de Laplace dans toute l'amplitude de distances zénithales que ces observations embrassent, puisque les valeurs de cet élément qu'on en a déduites ont varié, dans les diverses séries, depuis 37", jusqu'à 102". Dans les observations de jour, que je destinais à la détermination de la latitude, j'avais toujours soin de choisir des étoiles dont le passage au méridien s'opérât loin du Soleil, afin d'éviter les perturbations atmosphériques occasionnées par l'action de cet astre à de grandes hauteurs. Mais, afin d'apprécier les erreurs extrêmes, que je pouvais avoir à craindre de sa présence, j'ai profité de l'excellence de ma lunette pour observer deux passages de Rigel et deux de Sirius, qui en étaient beaucoup plus proches ce dernier traversant le méridien à moins de 1 heure de distance de midi, l'un et l'autre, par des températures de 28 à 30 degrés. On ne les voyait plus alors avec l'apparence d'étoiles. C'étaient de petits nuages blanchâtres, voltigeant et tourbillonnant comme une fumée. Cependant les deux passages partiels ne se sont écartés de leurs moyennes que de 2" pour Rigel, de 1",8 pour Sirius; et la latitude conclue de leur somme est seulement inférieure de 0",08 à celle qui se déduit de toutes les autres étoiles observées comme elles du côté du sud, dans les conditions convenables qu'un astronome intelligent choisira toujours. Je conclus de là, qu'en fait, jusqu'à 75 degrés de distance zénithale au moins, les irrégularités des réfractions atmosphériques, dans le