D E U X I
ÈM E P A R T I E
L
.
FOUCAULT. —
MIROIRS PARABOLIQUESaussi lumineuses que celles des lunettes. Cette conception qui, au premier abord, me semblait purement fictive
,
n’a pastardéàseréaliser d’unemanièresatisfaisante.Quand leverre aété tailléparun opticien habile etqu’ il a é
t
épolià fond, il est très propre à se recouvrir, par lepro-céd éDrayton
,
d’une pellicule d’argent,
minceet uniforme.
Cettecouche métallique
,
qui,ensortant
d’un bain, paraîtterne et
sombre,s’éclaircit aisément parle frottementd’unepeau
douce légèrement
teintéederouged’Angleterre, et
elle acquierten peud’instantsun très vif éclat.
Parcette op
éra
-tion,
lasurface duverre setrouve
métallisée et devient éner-giquement réfléchissante
, sans que
les épreuves les plus d élicates puissent d éceler la moindrealtération de forme.
Pour avoir undisque de verre à surface concave parfai
-tement
travaillée, je me suis adressé à M. Secretan, qui a eul’obligeancedemettre
à ma disposition unouvrierhabile; d’un autre côté,
pour arriver à former le dépôt d’argent, j’aieu recours aux cessionnairesdubrevetanglais, MM.
Poweret
Robert,
qui actuellement exploitent leprocédé en France, etquim
’ont
remislasolutionargentifère,
en me prodiguant les renseignements par lesquels je devais promptement réussir.Mon miroirdeverre é
tant
argentéetayant
prisau tampon unpolivif, j’en ai formé unt
élescopede0m,10 de diamètreet
de0m,
50delongueur focale. Ce petitinstrumentsupporte bien l’oculairequi élève à203
son pouvoir amplifiant;et examiné comparativement avec la lunette de1 mètre,
il donne deseffets sensiblementsup
érieurs.
J’ai désiré connaî
tre
le pouvoir réfléchissant de lacouche d’argent déposée sur le verre et polieapr
ès coup,ou
du moins,j’ai voulu comparer l’intensité d’un faisceau réfléchi par une surface ainsi préparée avec celle d’un faisceau transmisparunesurface égaled’ un objectif de lunette. Cette déterminations’est
faitesansdifficulté, au moyen duphoto-mètreàcompartimentsquej’avais employé dans une
autre
circonstance.
Le résultat decette opération assureunavan
-tage
marquéau nouveau télescope.
Le faisceau réfléchivaut
sensiblement les 90 centièmes du faisceau transmis à travers un objectif à quatre réflexions partielles,
ensorte que
le nouvel instrument bén éficie du surcroît de lumière52 LES CLASSIQUES DE LA SCIENCE 53
qui se forme
tout aupr
ès de l’objet.
Mais bientôt
j’ai dûrenoncer
à me procurerun miroir de métal qui résiste à ce genred’épreuves; et, revenant à l’emploi du verre, j’enai obtenu, par réflexion partielle sur une surface sphérique concave, des images asseznettes
pour supporterle micros-cope. Bien qu’on f ût
encore un peu gêné par le défaut de lumière, lecollimateur d’essaiétait réalisé;plustard,comme
ilestditdans celtenote
, le collimateurest
devenu àsontour un nouveau télescope.
Lalunetteastronomique, comparée au télescopedemôme dimension, a toujours eu l’avantage de donner plus de lumière; le faisceau des rayons incidents, qui tombe sur l’objectif de verre, le
traverse
en majeure partieet contribuepresque
en entier àlaformation de l’imageau
foyer;tandis que sur le miroir du télescope une partieseulement de la lumièreest
réfléchie en unfaisceau convergent qui é prouve encore une perte pourêtre
ramené,par
uneseconde réflexion,
versl’observateur.
Cependant, commeletélescopeest exempt d’aberration de réfrangibilité;commela puretéde l’image nedépend
que
de la perfection d’une seule surface; comme à égalité de lon-gueur focale, il comporte un plus grand diamètre
que la lunetteet qu'il rachète ainsi lespertes quela lumière subit aux réflexions, quelques observateurs, en Angleterresur-tout
,ont
continué à lui donner la préférencesur
les lunettes pourl’exploration des objetsc
élestes.11 est certain qu’à l’époqueactuelle, et malgré
tous
les perfectionnements apportés à la fabrication des grands verres,
leplus puissant instrumentqu’on ait encore dirigé sur le cielest
un télescope à miroiren métal.
Le télescope de lord Rosse a 6pieds anglais de diamètreet 55
piedsde distance focale.
Peut-être
même les instruments à réflexion auraient-ils pris le dessus si le mé tal se travaillait aussi bienquele verre, s’il prenait un poli aussi durable et s'il n’était beaucoup pluspesant.Mettant
ainsien parallèle ces deuxsortes
d’instrumentset
discutant leurs qualitéset
leurs d éfauts, j’arrivaià conce- /
voirqu’il y aurait
tout
avantage à construire un télescope enverre,
si,lemiroir une fois tailléet poli,on
pouvait lui communiquerl’éclatmétallique,afin d’enobtenirdes images\
54 LES CLASSIQUES DE LA SCIENCE
qui, en
vertu
du plus grand diamètre
du miroir,concourt
d’une maniè re efficace à la formation de l’image focale
.
A diamètre
égal le té lescopeen verreest
moitié pluscourtque la lunette et donne presqueautant
de lumièreet
plus denettet
é aux images; à longueur égale il comporte un dia-mè
tre
double et recueille trois foiset demi plus de lumière.
Considé rée à un
autre
point de vue, la nouvelle combi-naison optiquese distingueen ce qu’elle produit
tout
son effet sans réclamer le concours de nombreuses conditions auxquelles jusqu’ici on a dû satisfaire pour obtenir, soit comme lunette, soit comme té lescope, un instrument doué dune certaine perfection. La lunette, surtout, exigequeleconstructeur
sepréoccupeàla fois del'homogén éitédes deux sortes de verres qui forment l’objectif,
de leurs pouvoirs réfringentset dispersifs, de la combinaison des courbures, ducentrage
, etde l’exécution dequatresurfaces sphériques.
Dans le nouveau télescope, au contraire, comme le verre n’intervient pas comme milieu ré fringent
,
mais seulement comme support d’unemince couche demétal,l’homogé n éité n’est nullement requise,et
la glace la plus ordinaire, tra -vailléeavecsoin sous une é paisseur suffisante,
peut revêtir une surfaceconcave qui,argent
éeet
polie, fournisse à elle seule,
et parréflexion,detrès bonnesimages.
On areprochéaux miroirs de télescope de s’oxyderavec Je
temps
et de se ternir aucontact
de l’air.
Depuis six semaines j’ai des miroirs argentés qui n’ont pasencoresubi d’altération sensible.
Cet état
de conservation sera-t-il de longue durée? L’expérience est encore trop récente
pour qu’onpuisse rien affirmer dans un sensoudans l’autre
; mais lors même que l’éclatsp
éculaire viendrait à faiblir, puis-qu’unepremi èrefois ilaété obtenu autampon,rien n’emp
ê-cheraitde le raviver parle mêmemoyen; si, enfin,l’argent s’altéraitdans sa profondeur, l’opération par laquelleonle dépose est d’une exécution si facile
et
siprompte
qu’on se résignerait encoreàla répéter
.En résumé, le nouvel instrument, comparé à lalunette astronomique,donne, à beaucoup moins de frais, plus de lumiè re,plusde
nettet
é, et
ilest
affranchi,
commet
élescope, detoute
aberration deréfrangibilité.
L
.
FOUCAULT.—
MIROIRS PARABOLIQUES 55 Mémoiresur la.construction des télescopesen verreargenté.1On asouvent remisen discussion les qualité
s
qui distin-guentletélescope à réflexion et la lunette achromatique
.
En réalité,cesinstrumentsont
,l’unet
l’autre,
rendu d’éclatants services à l’astronomie, et la science les a adoptéstous
les deux. Auxt
élescopes de grandes dimensions tels que ceux que W. Herschel construisait de sa main ,on demandeune perception distincte et d é taillée des objets célestes; quantaux
lunettes achromatiques, qui jamais n’atteignent les mêmesproportions, le degré de stabilité dont ellesont
fait preuveles a plusspécialement renduespropres aux obser-vations précises, auxdéterminations de position.
Les rôles étant
ainsi partagés,letélescopea réflexion neconserve son importancequ’à lacondition de garder hautement lasupé-riorité sous le rapport des effets optiques
.
En Angleterre, o ùla lutte a étévivementsoutenue en faveur desinstruments à réflexion, les grands miroirs métalliques sont restés en petit nombre,etlesdépensesqu’ilsontoccasionnéesn’é taient pas denature
à encourager de nombreuses tentatives du même genre.
Ajoutonsque ces miroirssont
d’unpoids telle -ment consid érable qu’on atoujours hésité à lestransporter les hautes montagnes, seulspoints du globeoù il y ait chanced’ utilisertoute
lapuissancedes grandsinstruments.
Danscet état
de choses, ilnous
a semblé que la substitution duverreau métal,dans la construction du miroir, appor-teraitau télescopeune amélioration,pourvu qu’on
parv
întà métalliser la surface aprèscoup; or,àcet égard,l ’argenture parvoiehumide,telle qu'on l’obtientparle procédé Drayton,
ne laisse rien à désirer.Lasolution,par soncontact
avecle verrelaisse déposer à froid unemince couched’argent qui, unefois séchée,
revêt un très beau poli par le frottement d’unepeau imprégn ée d’oxyde de fer. Le 16 février 1857, l’Académie des Sciences a vupasser
sous ses yeux un miroir de0m,10 obtenudelasorte, et qui, mont
é en té les-copenewtonien, donnait debonnes images etsupportaitun grossissementde150à
200
fois.Ce miroir existeencoreavec1.Extrait des Annalesdel'Observatoire impérialdeParis,t
.
V,1858etŒuvres de Foucault,p.
232.
sur
\
L
.
FOUCAULT. —
M I R O I R S P A R A B O L I Q U E S 5756 L E S CLASSIQUES DE LA SCIENCE
sonargenture primitive
.
Il aété conservécommelepremier spécimenquiait ét
é présenté à une société savante.
Après la présentation de ce premiertélescope de 0m,20do diamè
tre
et de 0m,
50 de longueur focale, nous en avons obtenu sansdifficulté un second qui porte 0m,22 de diamètre pourun foyer de lm,50.
Puisabordant un diamètre deOm,42. l’ouvrier,chargé de tailler le miroir, a
échoué à cinq reprises différentes;ce qui a bien forcé dereconna
îtrel’insuffisance des procédés ordinairement employés pour engendrer des surfacesmoins grandes.
En présence d’un insuccès qui compromettait les espé
-rances qu’on avaitconçues au sujet des
nouveaux
miroirs, nous avons senti l’impérieuse n écessité d’étudier la figure dessurfacesqui, bien que travailléesavecle plus grandsoin , ne produisaient pasl’effet optique voulu; de là sontsortis trois procéd és d’examen qui s’appliquent directement surfaces réfl échissantes concaves et à l’aide desquelles reconnaît,avecle degréde précision requise,
sicessurfaces sont plus ou moinscorrectement
sphé riques.
Nous avons donc constaté que rarement les opticiens construisent des surfaces qui appartiennent à la sphère, et queces
surfaces en diffèrent d’autant plus qu’ellessont plus étendues.
Nous avonspourainsidire mis le doigtsuruneéminencecentrale qui se reproduisait constamment dans le travail du miroir de0m,32, et cette constatation fut si claire et si manifeste qu’elleasuggérélapenséederetoucherlocalement lasurface sansenaltérer le poli.
Cette tentative, peu encouragée par les hommesde l’
art,a cependant parfaitement réussi, etde ce moment l’entreprise,
débarrasséedetoute entrave ,
a pris un nouvelessor
.En effet, dèsqu’oneut acquis lapreuveque la tailled’une bonne
surface
ne dé pendait pasnécessairement d’un travail à exécuter d’emblée, d ès qu’il futdémontré qu’on pouvaity revenirindéfiniment, le progrèsn’était plus d’arriver préci-sémentà la sphère, mais il consistait désormaisà modifier par degrés lessurfacesoptiques pourles faire tendrevers la courbureparabolique
h
qui seule est capable de ramener enun foyer
commun
tous les rayonsd’unfaisceauparall èle.Les procédésd'examen
optique quid’abordavaientservi àrecon-naître la sphéricité dessurfaces, modifiéssuivant la théorie des foyers conjugu és et combinés avec la mé thode des retouches locales, ont bientôt permis de conduiretelle sur
-face de ré volution fournie par l’artiste depuis lasphè re jus-qu’au paraboloïde,enlafaisant passer partouslesellipsoïdes intermédiaires.Par ce moyen, les instruments,délivrés des aberrations qui compromettaient la
nettet
é des images,ont pu être réduits à de moindres longueurs focaleset
grandir proportionnellementdansleurs trois dimensions.
Les proportions auxquelleson s’est définitivement arrê té assignentau
t
élescope une longueur qui ne dépasse passix fois le diamètre du miroir.
Nous n’avons
adopté ce rapport constantentre
lediamètre etladistance focale,
qu’aprèsnous êtreassuré quela convergence exactedes rayons lumineux est la seule condition à remplir pour qu’un instrument donne tout son effet. La surface parabolique remplitcelte conditionexpresse: c’estpourquoi elle communique auté les-copeune pénétration,ou,commeon dit,unpouvoir optique, qui, mesuré avec soin , s’estmontr
é ind é pendant de la lon-focale et varie proportionnellement au diamètre du
X
aux on
gueur
miroir
.
En ramenant àdesrèglesprécises1la d étermination deces pouvoirs optiques dontl’appréciation étaitarbitraire, nous avons voulu fournir à ceux qui manientles instruments moyen d’en apprécier directement la valeur; et de plus nousavons
misen évidence,
danstout
instrument d’un dia-mètredonné, l’existence d'un pouvoir limité ou absolu
,
qui dépend de la constitution physique de la lumière
et vient mettreforcément unterme à nosefforts.Letélescope
,
débarrassé successivement du poids énorme del’ancienmiroirmétalliqueetdel’excèsdelongueur imposé par l’emploi des surfaces sphé riques, devenait de plus plusfacileà manier. Nousavonspensé y ajouter uncomplé-mentutileen le
montant
parallactiquement sur un support construiten
charpentelégère.
En publiant ce Mémoire, nous
nous
proposons non seulc-un
en
:>>v
-
..
1
.
Voir Procès-verbaux de laSoc.p/? i7.
,1858, p.
47 ; Cosmos, t.
XII, p.
590et C.
R.
de l'Ac.
des Sc.
,t.
XLVIJ,p.
205.
1.Voir Procès-verbaux de la Soc
.
phil.
, pp.
48, 51;C.
R.
de l'Ac.
desSc.
tt
.
XVII,p.
205etCosmos,t.Xlll,102.
L. FOUCAULT
. —
MIROIRS PARABOLIQUESce point bien souvent les avis diffè
rent. Pourtant
il existe descaract
èresauxquels on reconnaît si une surface réalise sensiblement lafigurequi convientauxcirconstancesoù elle doit fonctionner.Supposons qu’on ait à vérifier un miroir sphérique cave
.
La propriété d’un pareil miroirest
de renvoyercentre
de courbureet sans aberrationaucune tousles rayons émanés de ce m ômecentre
. Autour de ce point et à très petite distancesont
distribués dans l’espace une infinité de foyers conjugués, qui jouissent sensiblement de la même immunité,imaginons donc un point lumineux placéà côtéet toutpr
ès du centre de courbure : de l’autre côté se forme une image quel’onvient observer avec un microscope faible; sila surface est parfaite, la mise au point estbien définie, l’image estnette
, entourée desanneaux de la diffraction,
et lesalté rationsqu
elle subit endeçàetau delà du foyerparla variation delamiseau point sontsymétriques.
Telssont les caractères d'un foyer parfait formé par un cône de rayons quisecroisenttous
aumême lieudansl’espace.
Si l’image
manque
de netteté, la miseau point,
sansêtre aussi bien définie, produit cependant un maximum de con -densation de lumiè requel’on peutconsidérercommele vrai foyer.Si alors l’image est ronde,on enconclutquelasurface du miroir, sansêtreexactement
sphérique, est du moins de révolution autour de son centre, et dès lors ilest
certain qu’en faisant varierlamiseaupoint, on produira de part et d’autredufoyer des altérations dissemblableset complémen -taires l’une de l’autre
; des condensationset des raréfactions de lumière, distribuéesen anneauxconcentriques,
apparaî-tront
disposéesd’une manière réciproque, indiquant, dans les zones correspondantes de la surface réfl échissante, des variationsdurayonde courbure dontunediscussion indique aisé mentlesens.
En effet
,
quand on porte au devant desrayons
le micros-cope oculaire,et qu’on d épassele foyer,onobserve l’é
tat
du faisceauavant
son point de convergence. Or, si ce point n’est
pas unique pour toutes les zones concentriques, celles quiont
le foyer le plus courtproduisent, auniveau du plan d'observation, une condensation prématurée de lumièrequiaccuse
unfoyer plus proche;le contrairealieupour leszones
LES CLASSIQUES DE LA SCIENCE 59
mentde
constater
les résultats acquis,mais nous avonsaussi l’intention de faireconnaître lesprocédés pratiques qui ont serviàlesobtenir.
Sansvouloir abuser des d étails,
nousnousmettrons
à la place de ceux qui auraient le désir de faire l’application deces mêmes procédéset
nous nousexplique-rons de manière àles
mettre
à mêmede ré ussir. Telleest
la mesure des développements dans lesquels nous croyons devoirentrer.
Nous aurons donc à décrire en premier lieules diverspro
-cédés d’optique géomé trique par lesquels on explore lessur
-faces sphériques concaves; puis nous ferons l’application gé néraledes mêmes
proc
éd és à l’étude des surfaces ayantpour
section méridienne une section conique,et
nous démontrerons
que cesproc
édés d'examen, appelés à secon -trôler les uns lesautres
,sont
plusquesuffisants pour diriger le travail manuel par lequel on sepropose
de réaliser une surfaceproposée.
Passant alors à l’application desprocéd és
,
nousemprunte
-ronsauxartslesmoyensde préparer lesmiroirs,d'agir sur lessurfaces deverre,et
deréaliserpar des retouches locales une surfacecorrecte.
Nous énoncerons lescaract
èresd’une surface parfaiteetnousdéfinirons lespouvoirsoptiques.
Nous donnerons ensuite les détailspratiques pour métal
-liser
,
quelque grandesqu’elles soient, les surfacesdu verre parleprocéd é Drayton,et
nous indiquerons les précautions à prendre pour prévenir les déformationsdesmiroirs et les adapter au tube du télescope; nous discuterons la composi-tion des oculaires, et nous terminerons par la description d’un pied parallactiqueencharpentespécialement applicable aux télescopesàcourt foyer.
58
'
4
con-au
û
.
f
EXAMENOPTIQUE DES SURFACES CONCAVES;TROIS PROCÉDÉS DIFFÉRENTS ABERRATION POSITIVE ET NÉGATIVE1
Quand un miroir nedonne pas de bonnes images
,
on secontente
ordinairement de le rejeter sans chercher àrecon-naî
tre
en quoi il pèche;onrefait lasurface ànouveau,etl’on rép
ètele travailjusqu’à cequ’on juge avoir ré ussi.
Mais sur:
H
1.VoirC
.
R.
de l'Ac.desSc.,t.XLYII,p.938;Cosmos,t.
XIII,p.749.
LES CLASSIQUES DE LA SCIENCE
qui
ont
le pluslongfoyer.
Si maintenanton
reculel’oculaire de manière àobserver l’état des faisceauxaprès1entre
-croi-sement
desrayons,on constate
que lesapparences
devien-nent
inverses,tout
en conduisant aux mêmesconclusions.
Géné ralement,dans les surfaces bienfaites,lesaltérations deforme ne proviennent que d’un changementcontinu du rayon de courbure, qui varie d’une petitequantité et dans un m ême sens a partir du
centre
jusqu’au bord.
Aussi les deux imagesqu’onobservesymé triquement de part etd’autre
du foyer se présentent-elles habituellement comme des cercles
,
dont lun offre une condensation de lumi ère verslecentre
,et
l’autre verslacirconférence.
Lorsquelasurface a étudier n’est
pas
de révolution, onenest
averti parla déformation des images quicessent
d’être ron -des, et separtagent
enconcam
érations d’intensitésin égales.Quandon en vientà l’expérience
,
onréalise le pointlumi-neuxqui
sert
d’origineauxrayons
émis, en collant unelen-tilleplan
-
convexe hcourt
foyersur Tune desdeuxsurfaceségales d'un petit prisme rectangle a réflexion totale(PI. III, fig
.
1).
Uneflamme de lampe placée surle côt
é,àquelques décimètres
de laligne d’exp
é rience,
éclairepar
ses rayons horizontauxcette
lentille qui sepr
ésente
normalement; les rayonsconvergents sont
réfléchis totalement par la surface hypoténuse, etvont
former, en dehors du prisme, une imagede flammequel’on
fait tomber sur un écran opaque
, percéen mince paroi d’unetr
ès petiteouverture
assimilable à un point.
Cettemanièred’examiner les surfaces concaves suffirait a larigueurpour enfaire
conna
ître lesmoindresimperfections; mais ellese recommandesurtout
dans les circonstances où il importe de s’assurer quela figureest
de révolution. Cepen-dant lorsqu’
on
sepropose
d’opérer desretouches, il est utile de recueillir des indications pluspr
écisessur
les variations du rayon de courbure : c’est
lecas
de recourir à un secondproc
édé fondésur un tout autre
principe.
Dans
unerégionvoisine ducentre
de courbure, on
dispose deux droites rapprochées, telles queles deux bords d’un fil métallique de 0m,00l dediamètre
; on éclairecet
objet paiun miroir oblique
,
de tellesorte que,
vu de tous les points00 L. FOUCAULT.
—
M I R O I R SP A R A B O L I Q U E Sde la surface dumiroir objectif, il se projette
sur
un fond éclairé ; l’image qui vient s’en formertoutaupr
èss’observe à l’œ ilnu, ou mieuxau moyen d'une petite lunette réduite,
parun diaphragme,à 0m,00 I5d’ouverture.Danscescircons-tances, 1objet apparaît dans l’é tendue d’un disque éclairé dont l’é tendue correspond à l’ouverture du miroir,
et
si les bords nesemblent pas rectilignes, les inflexions qu’ils pré-sentent
sont propresàcaract
ériser les variations du rayon de courbure.
Pour s’en rendrecompte
, il suffit de faire le tracéde la marche des rayons apartirde lasurface du miroir jusqu’auplan focal de lalunette (fig. 2).
On voit alorscom
-ment le petit diaphragme
,
en éliminant la majorité des rayonsqui ont formé l’image directei, apour
effet de com -poserl’image transmisei'avec desrayonsréfléchispar diffé-rentes
parties du miroir. Or,
sile rayon de courbure varie d'une zone à l’autre
, l’image i manquera denettet
é, et l'imagei’ sera formée en chacun deses pointspardes fais-ceaux partiels à foyers différents; elle se courbera dans l’espace,et les anglessous
-tendus dans l’œ ildel'observateur parles différentes parties de l’image neseront
paspropor
-tionnels
aux
parties correspondantes de l’objet. En unmot ,
cette
image paraîtra déformée,
on y verra descontractions etdes dilatationsaccusant unediminutionou uneaugmenta-tion durayon decourbure des élé
ments
correspondants du miroir.Si l’on
veut
inspecterd’uncoupd’œil le miroir danstoute
son étendue, il faut prendrepourobjet un réseau régulier à maillescarrées,dont l’image devient très sensible aux défor-mations,en quelque pointqu'ellesse manifestent
.
Supposons, cequiarriveleplussouvent,que le miroir,exactement
sphé -rique dans ss partie centrale, s'é vase vers les bords par allongement progressif du rayon de courbure.
Soumis à l’épreuvedu deuxième procédé,
un pareil miroir donneune image dans laquelletoutes
les lignes sont courbéescomme
dans la figure 4
,
en tournantleur concavité en dehors.
11 résulteque lesmaillesvont
en croissantd’é tendue ducentre
verslesbords,etvarient danslemême sensque lerayon
de courburedes élémentscorrespondants de la surface.Une déformation inverse du miroir, qui consiste dans relè
vement trop
rapide des bords, produit un renversement61
I
un