H. Poincaré: Rapport sur la thèse de Bosler

21 février 1912

Ministère de l’Instruction Publique

Faculté des sciences de l’Université de Paris

Doctorat ès sciences Mathématiques – M. J. Bosler

Membre du Jury MM. H. Poincaré Puiseux Cotton

Rapport sur la Thèse de M. Jean Bosler11endnote: 1 Jean Bosler (1878–1973), ancien élève de l’École polytechnique (1898), fut actuaire avant d’être nommé aide-astronome à l’Observatoire de Meudon le 1er mai 1907. Nommé astronome adjoint à l’Observatoire de Paris en 1920, Bosler fut nommé directeur de l’Observatoire de Marseille le 1er novembre 1923, et Professeur d’astronomie à l’Université de Marseille (Véron 2016). Son appréciation de la carrière de Poincaré fut publié dans le Bulletin de la Société des amis de l’École polytechnique (Bosler 1912).

«  Sur les relations des orages magnétiques et des phénomènes solaires  »

Le Soleil est, comme on le sait le siège d’une activité sans trêve, révélée par les taches, les facules, les protubérances, les flocculi. La première de ces manifestations, relativement facile à suivre, est la mieux connue. Elle est sujette à des fluctuations diverses dont la plus importante, découverte par Schwabe, embrasse une période de 11 ans.22endnote: 2 Heinrich Schwabe (1789–1875). C’est ainsi que les moyennes annuelles, pour l’aire des taches, varient couramment dans la proportion de 1 à 20. On observe aussi des perturbations accidentelles, rebelles à toute prévision, et pouvant atteindre un grand développement dans l’espace de quelques heures ou des quelques minutes.

Ces phénomènes si intenses se répercutent-ils dans la météorologie terrestre, et en ce cas, quel est le mécanisme de la transmission ? Des travaux considérables ont été entrepris pour élucider ce double problème. Mais ils ont donné, le plus souvent, des résultats peu nets. Et il semble bien, par exemple, que la température, la circulation atmosphérique, sont trop variables dans une aire restreinte, trop dominées par des influences locales, pour être régies directement par le Soleil. Mais, à cet égard, le magnétisme terrestre, auquel il est naturel d’associer les courants telluriques et les aurores boréales, forme en météorologie une exception. L’enregistrement de ses variations régulières accuse en effet, outre la période annuelle et la période diurne, le cycle de Schwabe. Ses variations brusques, capables de se manifester dans l’intervalle de quelques minutes sur le globe entier, se concentrent sur quelques années de même cycle et se répètent fréquemment après une ou plusieurs rotations solaires.

M. J. Bosler, auteur d’un ouvrage estimé Les théories modernes du Soleil, a pensé que l’étude géométrique des variations brusques du magnétisme terrestre pouvait être poussée plus loin qu’on ne l’avait encore fait, et que les matériaux accumulés depuis 30 ans dans divers observatoires, notamment à Greenwich et au Parc Saint Maur n’avaient pas été, à ce point de vue, assez complètement analysés.33endnote: 3 Bosler 1910. Si l’on arrive, pour chaque trouble important de l’aiguille aimantée, à déterminer les trois composantes du champ perturbateur et l’allure des courants telluriques associés, on aura certainement circonscrit la recherche du mécanisme possible d’une action solaire.

Cette recherche demeure à l’ordre du jour, car, de l’aveu des divers auteurs qui l’ont entreprise, elle n’a point donné de résultat que l’on puisse considérer comme définitif. C’est ce que montre M. J. Bosler dans une intéressante introduction historique. Déjà en 1892 Lord Kelvin avait cru pouvoir éliminer une partie des explications proposées. Vouloir que le Soleil, considéré comme un aimant ou un solénoïde, agisse rapidement sur le magnétisme terrestre, c’est, disait-il, lui imposer une dépense d’énergie excessive. Mais d’autres voies restent ouvertes, une notamment que A. C. Becquerel avait déjà signalée vingt ans auparavant.44endnote: 4 Antoine César Becquerel (1788–1878), grand-père d’Henri Becquerel. Le Soleil peut projeter au loin, avec une abondance variable, des corpuscules électrisés. Et il est certain que depuis, dans le domaine rapidement accru de la radioactivité, bien des faits ont été recueillis qui donnent du poids à cette hypothèse. Il résulte des calculs de M. Bosler, confirmant ceux de Sir Olivier Lodge, que des courants d’électrons suffisamment étendus, suffisamment mobiles, n’auraient pas besoin de posséder de fortes charges pour provoquer les orages magnétiques.55endnote: 5 Oliver Lodge (1851–1940). Toutefois une preuve plus directe de l’existence de tels courants dans l’espace reste désirable.

On a cru trouver cette preuve dans la soudaineté même du début des orages et des aurores, dans leur concomitance fréquente avec un groupe de taches passant près du méridien central du Soleil. Mais M. Bosler note avec raison que ces faits laissent subsister de graves difficultés mécaniques. On conçoit mal des courants de matière rare, limités à des secteurs étroits, et accompagnant le Soleil, sans ses désagréger, pendant plusieurs rotations. Il semble bien aussi que l’entrée de la Terre dans de tels courants devrait amener un changement plus appréciable dans la tension électrique de l’atmosphère.

Les comètes, sujettes à des variations si promptes, ne seraient-elles pas, pour une action directe des parties troublées du Soleil, des réactifs plus sensibles, plus instructifs que le globe terrestre lui-même ? L’astre qui paraît le plus capable de jeter du jour sur cette question est la comète d’Encke. Ses variations d’éclat suggèrent en effet l’existence, à côté des facteurs connus 1r2 1Δ2, d’un troisième facteur qui serait proportionnel au nombre de taches visibles sur le Soleil.66endnote: 6 La luminosité apparente I est définie souvent par la loi I=I0Δ-2r-n, I0 étant la luminosité absolue, r la distance héliocentrique, Δ la distance géocentrique, et n l’index de variation (pour la réflexion pure, n=2). La statistique dressée pour cet objet par M. Bosler et qui va de 1800 à 1908 est, croyons nous, la plus complète que l’on possède. On aurait voulu fortifier cette conclusion par l’exemple d’autres comètes, mais les notes des observateurs n’ont pas été trouvées assez explicites. En dehors des variations d’éclat progressives, on en signale aussi de soudaines. Sur les cinq retenues comme assez nettes, deux ont coïncidé avec des troubles de l’aiguille aimantée, aucune avec la présence d’un groupe de taches remarquable sur le rayon vecteur allant du centre du Soleil à la comète. D’après cela, si les taches solaires excitent le rayonnement des comètes ce n’est pas par l’intermédiaire de faisceaux normaux et limités. Il est probable que les causes de changement les plus actives résident dans la comète elle-même.

Revenant au globe terrestre, M. Bosler remarque que l’enregistrement brusque et simultanée de trois composantes magnétiques permet de définir géométriquement le champ perturbateur. On pourrait s’attendre à voir la direction de champ liée à celle de la droite qui va de la Terre au Soleil. Or les cas les mieux caractérisés, fournis par les relevés de six observatoires, montrent que cette liaison n’existe pas. Au contraire le champ magnétique perturbateur a, dans chaque station, une direction préférée, définie par rapport à la surface du globe terrestre. L’influence géographique ou locale paraît donc prédominer de beaucoup sur la cause cosmique. Le Soleil n’interviendrait que par déclenchement. Les variations des courants telluriques, accompagnant d’une manière si évidente les orages magnétiques, en sont-elles la cause ou l’effet ? Ces courants n’auraient-ils pas aussi leurs directions préférées ? Airy en 1870, Blavier en 1883, soupçonnaient déjà qu’il devait en être ainsi. Mais, faute de renseignements suffisants, ils n’ont pu éclaircir leurs doutes. Dans ces dernières années seulement les observatoires de Greenwich et du Parc Saint Maur ont commencé à publier les courbes des courants telluriques, aussi bien que celles des éléments magnétiques, pour les jours troublés. De ces documents M. Bosler fait sortir deux conséquences importantes :

1° La direction du champ perturbateur est toujours à peu près perpendiculaire à celle du courant, du côté que fait prévoir la règle d’Ampère.

2° Le maximum d’intensité du courant coïncide avec le maximum de la perturbation et non avec l’époque de sa variation la plus rapide.

Il semble fortement indiqué d’en conclure que le courant tellurique n’est pas le résultat d’une induction par le champ terrestre, comme Blavier l’avait pensé, et qu’il est au contraire une cause directe de perturbation magnétique.

Ces faits accroissent évidemment l’intérêt qui s’attache à l’étude des courants telluriques. La préférence de ces courants pour une direction géographique déterminée, dans chaque station, doit les faire considérer comme siégeant dans le sol plutôt que dans l’atmosphère. Leur direction dépendrait surtout de l’inégale conductibilité de l’écorce terrestre, leur intensité d’une excitation extérieure, qui peut être une éruption solaire. Cette éruption n’aura pas besoin d’être très intense si elle est assez brusque. Le courant induit dans le globe terrestre produira aisément, en un point voisin de son parcours, un champ beaucoup plus grand que le champ excitateur. Les calculs développés par M. Bosler pour évaluer l’ordre de grandeur de ces effets, reposent naturellement sur des bases un peu hypothétiques. Ils nous paraissent toutefois autoriser ses conclusions. Cette manière de concevoir une action soudaine du Soleil sur le magnétisme terrestre ne tombe plus à aucun degré sous l’objection de Lord Kelvin. Il n’y a pas encore nécessité de recourir aux courants d’électrons de MM. Arrhenius et Schuster, aux jets dirigés de M. Maunder. La nouvelle théorie ne fait intervenir en somme que des objet agents souvent observés dans les laboratoires ; elle se concilie mieux que les autres avec la stabilité relative de l’électricité atmosphérique. On peut regretter, il est vrai, qu’elle ne motive pas la préférence des aurores pour les régions polaires de notre globe.77endnote: 7 Des résultats préliminaires avait été publiés au sujet de l’origine solaire des aurores par Birkeland et Størmer, cf. Egeland & Burke (2005) et (2013).

Dans le désir de ne pas trop étendre ce rapport nous avons insisté seulement sur les faits nouveaux mis en lumière dans le travail de M. Bosler ; mais on y trouve aussi une discussion remarquablement claire et impartiale des recherches antérieures, dans un domaine judicieusement circonscrit. Cette étude sera, croyons-nous, souvent consultée, souvent citée. Elle figurera avec honneur dans la collection des thèses que la Faculté des Sciences a jugées dignes de son approbation.

1911 novembre 21

P. Puiseux

M. Bosler a dans sa soutenance exposé une thèse avec clarté, il a répondu d’une façon satisfaisante aux questions qui lui ont été posées et aux objections qui dans une question aussi complexe ne pouvaient pas manquer de se produire. Sur le point le plus important, la relation entre la direction des courants telluriques et celle des perturbations magnétiques, il a donné les explications les plus précises.

Dans l’exposition de sa seconde thèse, M. Bosler a montré une connaissance approfondie de la théorie récente de Ritz sur le phénomène de Zeeman, il a montré les avantages de cette théorie sur les théories antérieures et il a exposé très clairement l’application de l’hypothèse de Ritz aux cas particuliers les plus simples.88endnote: 8 Walter Ritz (1878–1909), et Pieter Zeeman (1865–1943). A propos de la théorie de Ritz, voir Ritz (1908), Körner (1913), et Carazza & Robotti (2002). La Faculté a été heureuse de lui conférer le grade de Docteur avec la mention très honorable.

Poincaré

ADS 7p. AJ/16/5541, Archives nationales françaises.

Time-stamp: "18.06.2019 21:21"

Notes

  • 1 Jean Bosler (1878–1973), ancien élève de l’École polytechnique (1898), fut actuaire avant d’être nommé aide-astronome à l’Observatoire de Meudon le 1er mai 1907. Nommé astronome adjoint à l’Observatoire de Paris en 1920, Bosler fut nommé directeur de l’Observatoire de Marseille le 1er novembre 1923, et Professeur d’astronomie à l’Université de Marseille (Véron 2016). Son appréciation de la carrière de Poincaré fut publié dans le Bulletin de la Société des amis de l’École polytechnique (Bosler 1912).
  • 2 Heinrich Schwabe (1789–1875).
  • 3 Bosler 1910.
  • 4 Antoine César Becquerel (1788–1878), grand-père d’Henri Becquerel.
  • 5 Oliver Lodge (1851–1940).
  • 6 La luminosité apparente I est définie souvent par la loi I=I0Δ-2r-n, I0 étant la luminosité absolue, r la distance héliocentrique, Δ la distance géocentrique, et n l’index de variation (pour la réflexion pure, n=2).
  • 7 Des résultats préliminaires avait été publiés au sujet de l’origine solaire des aurores par Birkeland et Størmer, cf. Egeland & Burke (2005) et (2013).
  • 8 Walter Ritz (1878–1909), et Pieter Zeeman (1865–1943). A propos de la théorie de Ritz, voir Ritz (1908), Körner (1913), et Carazza & Robotti (2002).

Références

  • J. Bosler (1910) Les théories modernes du soleil. O. Doin, Paris. Cited by: endnote 3.
  • J. Bosler (1912) Poincaré. Bulletin de la Société des amis de l’École polytechnique (7). Link Cited by: endnote 1.
  • B. Carazza and N. Robotti (2002) Explaining atomic spectra within classical physics: 1897–1913. Annals of Science 59 (3), pp. 299–320. Cited by: endnote 8.
  • A. Egeland and W. J. Burke (2005) Kristian Birkeland: The First Space Scientist. Springer, Berlin. Cited by: endnote 7.
  • A. Egeland and W. J. Burke (2013) Carl Størmer: Auroral Pioneer. Springer, Berlin. Cited by: endnote 7.
  • K. Körner (1913) Ueber die Ritzsche Theorie des Zeemaneffektes. Ph.D. Thesis, Friedrich-Wilhelms-Universität zu Berlin, Berlin. Link Cited by: endnote 8.
  • W. Ritz (1908) Magnetische Atomfelder und Serienspektren. Annalen der Physik 340, pp. 660–696. Cited by: endnote 8.
  • P. Véron, M. Véron, and S. Ilovaisky (2016) Dictionnaire des astronomes français (1850–1950). Unpublished typescript, St. Michel l’Observatoire. Link Cited by: endnote 1.