APPENDICE.

EXPLICATION DES ALTERNATIVES DE JOUR ET DE NUIT, DES INÉGALITÉS DES

JOURS ET DES NUITS, ETC., DANS L'HYPOTHÈSE DU MOUVEMENT RÉEL DE LA

TERRE.

=395=. La réalité du double mouvement de la terre devient encore plus

évidente quand on explique dans cette hypothèse tous les faits, tous les

phénomènes dont nous nous sommes occupé dans ce chapitre; les autres

raisons que nous avons de croire à ce mouvement ont alors toute leur

valeur (nº 223). Nous ne pouvons entreprendre ici cette explication

détaillée; cela nous mènerait trop loin; nous expliquerons seulement les

phénomènes qui nous ont principalement occupé.

Nous avons établi que le mouvement diurne du soleil et son mouvement

apparent de translation sur une orbite elliptique, peuvent fort bien

n'être que des apparences dues à la rotation de la terre et à son

mouvement annuel de translation. Nous allons montrer que les

alternatives du jour et de la nuit, leurs durées variables et inégales,

aussi bien que les variations de la température, s'expliquent

parfaitement dans l'hypothèse d'un mouvement réel de la terre tel que

nous venons de l'indiquer.

=396=. 1º ALTERNATIVES DE JOUR ET DE NUIT. _La rotation diurne de la

terre autour d'un axe central PP', en face du soleil supposé fixe,

explique parfaitement les alternatives de jour et de nuit, telles

qu'elles se produisent en chaque lieu de la terre._

Cette proposition est mise en évidence par l'expérience suivante.

Prenons un globe opaque et une bougie allumée; maintenons la bougie en

place, et faisons tourner le globe autour d'un de ses diamètres comme

axe; un point quelconque _marqué_ sur le globe est, en général, éclairé

durant une partie de la révolution, et reste dans l'obscurité durant

l'autre partie. On peut répéter cette expérience en donnant

successivement à l'axe de rotation du globe, par rapport au point

éclairant S, l'une des trois positions qu'indiquent les figures 83, 84,

85 ci-après.

On retrouve ainsi toutes les circonstances qui peuvent se présenter

relativement à l'alternative du jour et de la nuit en un lieu de la

terre.

Ceux qui tiennent à une plus grande précision peuvent lire ce qui suit.

=397=. Pour justifier la proposition précédente, il suffit de jeter les

yeux sur l'une quelconque des figures 83, 84, 85 ci-après, représentant

chacune une des positions que la terre, dans son mouvement annuel,

occupe successivement vis-à-vis du soleil S.

Dans la première position (_fig_. 83), le soleil est dans le plan E'E de

l'équateur terrestre, et la ligne TS qui joint le centre de la terre Ã

celui du soleil est perpendiculaire à l'axe PP' de rotation de la terre.

P est le pôle boréal de la terre; P' le pôle austral.

Dans la deuxième position de la terre (_fig_. 84), le soleil S est

manifestement au-dessus de l'équateur E'E, du côté du pôle boréal P; sa

déclinaison Es est boréale; l'angle PTS de l'axe PP' et de la ligne TS,

du côté du pôle boréal P, est aigu.

Dans la troisième position (_fig_. 85), le soleil est sous l'équateur

EE', du côté du pôle austral P'; la déclinaison Es est australe; l'angle

PTS est obtus.

Ce sont évidemment les seuls cas qui peuvent se présenter en général.

Quelle que soit la position de la terre en un jour donné, on peut

concevoir un grand cercle, B'I'BI, perpendiculaire à la ligne TS, au

point T, et que l'on regarde comme fixe ainsi que TS et PP' durant une

révolution diurne de la terre, c'est-à-dire pendant le jour considéré.

Il est clair qu'il fera jour pour un lieu M de la terre quand ce lieu,

par l'effet de la rotation diurne, viendra en avant de ce cercle fixe,

B'I'BI, par rapport au soleil S, et qu'il fera nuit pour ce lieu quand

il passera derrière ce cercle B'I'BI. On appelle ce cercle B'I'BI

_cercle d'illumination_. Or chaque lieu M de la terre décrit dans

l'espace de vingt-quatre heures un cercle entier tel que ABA'B'

perpendiculaire à l'axe PP': pendant que le lieu M décrit l'arc

antérieur B'AB, dans le sens indiqué par ces lettres, il est éclairé par

le soleil, il y fait jour; pendant qu'il parcourt l'arc postérieur

BA'B', il est dans l'obscurité, il y fait nuit. Le mouvement de rotation

de la terre explique donc parfaitement les alternatives de jour et de

nuit[149].

[Note 149: On peut remarquer, dans la seconde position de la terre, une

zone boréale, IPN, dont chaque point est éclairé durant toute la

révolution actuelle de la terre; chacun de ces lieux jouit pour cette

position de la terre d'un jour de plus de vingt-quatre heures. Sur la

zone terrestre I'P'N', au contraire, il y a pour cette position de la

terre une nuit de plus de vingt-quatre heures. Remarque analogue pour la

troisième position. Mais cette remarque doit être reportée au paragraphe

suivant.]

2º _Les variations périodiques qu'éprouvent les durées des jours et des

nuits en un même lieu de la terre s'expliquent très-bien par le

mouvement annuel de translation de la terre autour du soleil S,

relativement fixe._

Pour fixer les idées, considérons un point M de l'hémisphère boréal.

[Illustration: page 302, fig. 83]

En jetant les yeux sur les figures 83, 84, 85, on verra facilement que

les variations dans la durée des jours et des nuit pour ce lieu

quelconque M de la terre, sont dues aux variations de la hauteur du

soleil, au-dessus ou au-dessous de l'équateur terrestre; autrement dit,

aux variations de la déclinaison du soleil résultant du mouvement de

translation de la terre sur son orbite elliptique.

Dans chacun, le cercle PAEP'E'A', que l'on voit de face, est

l'intersection de la terre, supposée sphérique, par le plan qui passe

par le centre, S, du soleil et l'axe de rotation PP', considéré dans

l'une de ses positions successives; _s_ étant l'intersection de la ligne

TS avec cette circonférence, l'arc _s_E est la D du soleil, boréale dans

la _fig_. 84, australe dans la _fig_. 85, et nulle dans la _fig_. 83.

1er _cas général_. Considérons d'abord cette dernière, le soleil étant

dans le plan de l'équateur, le cercle d'illumination BII'B' coupe le

plan SPP' suivant l'axe PP' lui-même; il résulte de là que chaque

parallèle diurne, B'ABA', ayant son centre C sur le cercle

d'illumination, est divisé par celui-ci en deux parties égales B'AB,

BA'B'. _A l'époque où le soleil est dans le plan de l'équateur quand la

déclinaison est nulle, c'est-à-dire à chaque équinoxe_, la durée du jour

égale celle de la nuit pour tous les lieux de la terre.

[Illustration: page 103, fig. 84]

2e _cas général_ (_fig_. 84). Le soleil est au-dessus de l'équateur du

côté du pôle boréal P; la déclinaison _s_E est boréale. La figure montre

immédiatement que, dans ce cas, pour tout lieu M de l'hémisphère boréal,

la durée du jour surpasse celle de la nuit, et que cet excès du jour sur

la nuit augmente ou diminue avec la ligne CK, par suite avec l'angle ITP

= _s_TE = Déclinaison. Ainsi, quand la déclinaison du soleil est

boréale, le jour dure plus que la nuit pour tout lieu de l'hémisphère

boréal, et d'autant plus que cette déclinaison boréale est plus grande.

Le contraire a évidemment lieu à la même époque pour chaque lieu _m_ de

l'hémisphère terrestre austral.

3e _cas général_ (_fig_. 85). Le soleil est au-dessous de l'équateur

DE'; sa déclinaison E_s_ est australe.

[Illustration: page 304, fig. 85]

La figure montre qu'alors le jour dure moins que la nuit pour chaque

lieu M de l'hémisphère boréal, et dure d'autant moins que CK est plus

grand, ou bien que l'angle ITP, qui mesure la déclinaison australe E_s_

du soleil, est plus grand.

Ainsi, quand la déclinaison du soleil est australe, le jour dure moins

que la nuit sur l'hémisphère boréal, et d'autant moins que cette

déclinaison australe est plus grande.

Or ces conclusions sont identiquement celles que nous avons déduites de

la considération du mouvement annuel apparent du soleil.

Il reste maintenant à montrer comment le mouvement de translation de la

terre, dans son orbite elliptique dont le soleil occupe constamment un

des foyers, fait varier la déclinaison du soleil.

Pour cela, il est bon de remarquer: 1º (_fig_. 84) que l'angle PTS de la

ligne ST avec le segment TP de la ligne des pôles, qui va au pôle

boréal, est aigu quand la déclinaison, _s_E, du soleil est boréale; et

réciproquement; que, de plus, la déclinaison, _s_E, est alors le

complément de l'angle PTS; 2º (_fig_. 83) que si la déclinaison est

nulle, PTS = 90°. et enfin (_fig_. 85) que la déclinaison E_s_, étant

australe, l'angle PTS est obtus, et réciproquement; la déclinaison,

E_s_, étant alors égale à PTS--90°.

Étudier les variations de la D revient donc à étudier celles de l'angle

PTS.

Soit T_(1)T_(2)T_(3)T_(4) (_fig_. 87) l'orbite de la terre dont le

soleil S occupe un foyer; elle est tracée dans le plan de l'écliptique

céleste, Soit SN l'axe de l'écliptique, et SO la direction fixe Ã

laquelle l'axe PP' de la terre, mobile avec celle-ci, doit rester

sensiblement parallèle durant tout le mouvement annuel de la terre

(l'angle NSO = 23° 28')[150]; soient T_(2)T_(4) l'intersection du plan

NSO avec celui de l'écliptique auquel il est perpendiculaire, et

T_(1)T_(3) une perpendiculaire à T_(2)T_(4), menée sur l'écliptique;

T_(1)T_(3) est perpendiculaire au plan NSO, et par suite aux deux lignes

fixes SN et SO. Supposons que la terre, T, se meuve sur l'ellipse dans

le sens T_(1)T_(2)T_(3)T_(4) à partir de T_(1). Dans la 1re position

T_(1) l'angle OST_(1) étant droit, son supplément PT_(1)S l'est aussi;

le soleil est dans un plan perpendiculaire à l'axe PP', c'est-à-dire

dans le plan de l'équateur; alors D = 0, et le jour égale la nuit pour

toute la terre; c'est l'époque d'un équinoxe, celui du printemps, comme

nous allons le voir. En effet, la terre continuant à se mouvoir sur

l'arc d'ellipse T_(1)T_(2), le rayon vecteur ST se meut sur le quadrant

T_(1)TT_(2); or la géométrie montre qu'alors, partant de la valeur

OST_(1) = 90° pour aller à la valeur OST_(2) = 90° + NSO = 90° + 23°28',

l'angle OST, toujours obtus, augmente continuellement[151]; il en

résulte que son supplément PTS, _toujours_ _aigu_, diminue

continuellement de PT(1)S = 90 à PTS(2) = 90° — (23° 28') = 66° 32'. Il

en résulte que la déclinaison _s_E = 90° — PTS (_fig._ 84), constamment

boréale, va en augmentant de 0 à 23° 28', maximum qu'elle atteint quand

la terre arrive en T(2).

[Note 150: La direction de l'axe de rotation de la terre n'est pas

constante; mais le changement de direction que nous avons indiqué nº 231

est si lent, que nous pouvons, sans inconvénient sensible quand nous

suivons la terre dans une de ses révolutions autour du soleil,

considérer la direction de cet axe comme ne variant pas durant cette

révolution.]

[Illustration: 305, Fig. 87]

[Note 151:

[Illustration 305, Fig. 86]

Soit SO (_fig._ 86) une ligne oblique au plan MN, ayant pour projection

sur ce plan, ST(4); menons, dans le plan, T(1)T(3) perpendiculaire Ã

T(2)T(4). Comme le plan projetant OST_(4) est perpendiculaire au plan

MN, T(1)T(3) est perpendiculaire au plan OST(4) et par suite à SO;

OST(1) est droit ainsi que OST(3). Nous voulons comparer entre eux les

angles que fait SO avec les lignes qui passent par son pied dans le plan

MN. Le plus petit de ces angles est par hypothèse OST(4); supposons-le

égal à 90° — 23° 28' = 66° 32'. Considérons les diverses lignes ST qui

s'éloignent de ST(4) dans l'angle droit T(4)ST(1); du point O

abaissons OD perpendiculaire à MN, et du point D une perpendiculaire DI

à chacune de ces lignes ST. Si on mène OI, chaque ligne OI sera

perpendiculaire à ST. Cela posé, à mesure que la ligne ST s'éloignera de

ST(4) vers ST, dans l'angle T(4)TT(1), l'angle DSI du triangle

rectangle DSI, à hypothénuse fixe SD, augmentant, son complément SDI

diminue; d'où il résulte que le côté SI diminue continuellement de SD Ã

O. En même temps dans chaque triangle OIS, à hypoténuse constante OS,

rectangle en I, le côté SI diminuant, le côté OI augmente et avec lui

l'angle aigu opposé OSI ou OST; donc de la position ST_(4) à ST(1) (ou

à ST(3), ce qui revient au même) ces angles OST augmentent de 66° 32' Ã

90°; et _vice versa_, de ST(1) à ST(4) ou de ST(3) à ST(4), ces

angles OST diminuent de 90° à 66° 32'. Par suite, les angles OST pour

les lignes situées dans l'angle T(2)ST(3) ou T(1)ST(2) étant les

suppléments de ceux que nous venons de considérer, on peut dire que de

la position ST(1) à la position ST(2) les angles OST, toujours obtus,

augmentent de 90° à 90° + 23° 28'; de la position ST(2) à la position

ST(3), ces angles toujours obtus diminuent de 90° + 23° 28' à 90°.]

Durant le mouvement de la terre sur l'arc T(1)TT(2) le soleil doit

donc nous paraître s'élever de plus en plus au-dessus de l'équateur du

côté du pôle boréal[152], jusqu'à ce que sa D, toujours boréale,

atteigne un maximum de 23° 28'. La saison qui s'écoule alors est donc le

printemps; durant cette saison, le jour, constamment plus long que la

nuit pour les habitants de l'hémisphère boréal, doit augmenter

continuellement avec la D du soleil jusqu'à un maximum qu'il atteint

alors que la terre arrive en T(2). Cette dernière position de la terre

est donc celle qui correspond au solstice d'été. La terre continuant Ã

se mouvoir sur l'arc T(2)T(3), le rayon vecteur se mouvant dans le

quadrant T(2)ST(3), l'angle OST, toujours obtus, diminue depuis la

valeur OST(2) = 90° + 23° 28' jusqu'à OST(3) = 90°; son supplément

PTS, toujours aigu, augmente depuis son minimum 90° — 23° 28' = 66° 32'

jusqu'à 90°. La déclinaison _s_E (_fig._ 84) du soleil, toujours

boréale, diminue depuis 23° 28' jusqu'à 0°, valeur qu'elle atteint quand

la terre arrive on T(3), où l'angle PT(3)S = 90°.

[Note 152: C'est l'équateur terrestre ou contraire qui s'abaisse

au-dessous du rayon vecteur TS.] Durant ce mouvement de la terre sur

l'arc d'ellipse, T(2)TT(3), le soleil, toujours situé au-dessus du

plan de l'équateur terrestre, du côté du pôle boréal P, doit nous

paraître s'abaisser continuellement jusqu'à ce qu'il se retrouve de

nouveau sur l'équateur alors que la terre arrive en T(3). Durant cette

période du mouvement de la terre, les jours, pour les habitants de

l'hémisphère boréal, constamment plus longs que les nuits, diminuent

avec la déclinaison du soleil, et l'excès du jour sur la nuit s'annule

alors que la terre arrive en T(3) (_fig._ 87). La saison qui vient de

s'écouler est donc celle que nous avons nommée l'_été_, et la terre

arrivant en T(3), on est à l'équinoxe d'automne. La terre continuant

son mouvement sur l'arc T(3)TT(4), l'angle OST passant de OST(3) =

90° à OST(4) = 90° — NSO = 90° — 23° 28' reste toujours aigu; son

supplément PTS, _toujours obtus_, varie dans cet intervalle de PT(3)S =

90° à PT(4)S = 90° + 23° 28'. Le soleil passe au-dessous de l'équateur;

car sa déclinaison _s_E = PTL — 90° (V. la _fig._ 85) devient négative

ou australe et varie de 0° à — 23° 28', valeur qu'elle atteint quand la

terre arrive en T(4).

Durant ce mouvement de la terre de T(3) en T(4), le soleil doit donc

nous sembler s'abaisser au-dessous de l'équateur, _e'e_, du côté du

pôle austral, P'. Pour les habitants de l'hémisphère boréal, le jour

dure moins que la nuit, et sa durée diminue à mesure que la déclinaison

australe augmente pour atteindre son maximum, alors que la terre arrive

en T(4) (_fig._ 87).

Cette dernière époque du mouvement de la terre est donc le solstice

d'hiver, et la saison qui vient de s'écouler est l'automne.

Enfin la terre allant de T_(4) en T_(1), l'angle OST augmentant de 90° —

23° 28' à 90°, son supplément PTS diminue de 90° + 23° 28' à 90°, et la

déclinaison toujours australe varie de — 23° 28' à 0°.

Le soleil doit nous sembler se rapprocher de l'équateur terrestre,

_e_'_e_, pour y arriver alors que la terre est revenue en T_(1). Le jour

constamment moindre que la nuit, augmente néanmoins de son minimum Ã

douze heures, valeur qu'il atteint quand la terre est revenue en T_(1) Ã

l'époque d'un nouvel équinoxe du printemps. On vient de passer l'hiver.

Les variations périodiques des durées du jour et de la nuit s'expliquent

donc très-bien par le mouvement de la terre autour du soleil.

Nous n'avons pas besoin d'insister sur toutes les autres parties de la

discussion que nous avons faite à propos de la durée du jour à la même

époque pour des lieux différents de la terre.

Il suffit de jeter les yeux sur les _fig._ 84 et 85 pour voir que les

mêmes conséquences déduites du mouvement du soleil résultent de celui de

la terre. Plus la latitude boréale d'un lieu est élevée, plus la ligne

TC et la ligne CK sont grandes pour la même position de l'axe PP',

c'est-à-dire à la même époque de l'année[153]. Donc plus la latitude

boréale d'un lieu, est élevée, plus la durée du jour à une époque donnée

de l'année diffère de celle de la nuit.

[Note 153: CK = TC. tang. ITP; ITP est fixe dans cette comparaison; TC

varie avec la latitude.]

On remarque le jour de plus de vingt-quatre heures pour les lieux de la

zone terrestre IPN (_fig._ 84), et la nuit de plus de vingt-quatre

heures pour les lieux de la zone I'P'N'. Les limites de cette zone, Ã

partir du pôle, varient avec l'angle ITP jusqu'à 23° 28'.

[Illustration: 308, CARTE DES PRINCIPALES CONSTELLATIONS VISIBLES au

dessus de l'Horizon DE PARIS]

6º _Les variations périodiques de la température générale qui ont lieu

pour chaque lieu de la terre d'une saison à l'autre s'expliquent

très-bien par le mouvement de la terre autour du soleil._

En effet, ces variations de la température nous ont paru résulter des

variations de la déclinaison du soleil telles que nous les avons

déduites du mouvement apparent du soleil; mais, ainsi que nous venons de

le constater, ces variations de la déclinaison s'expliquent aussi bien

par le mouvement de la terre autour du soleil; il résulte de là que les

variations de la température s'expliquent aussi par le mouvement réel de

la terre.

Leçons de cosmographie à l'usage des lycées et collèges et de tous les établissements d'instruction publique · 第 115 / 117 题