L'éclipse du siège — 22 décembre 1870

Le ballon de Janssen

Après la capitulation de Napoléon III, Paris est assiégé par les armées prussiennes depuis la mi-septembre 1870. Le 24 octobre, l'Académie des sciences lit une communication de Jules Janssen : une éclipse totale de Soleil aura lieu le 22 décembre, visible depuis l'Algérie, et le siège ne saurait dispenser la France d'y prendre sa part. Le moyen qu'il propose est dans la lettre : « En dépit du siège et sans avoir à demander à nos ennemis le passage à travers leurs lignes, un observateur pourrait, au moment opportun, se diriger vers l'Algérie par la voie aérienne »¹.

L'audacieux n'est pas un inconnu. Janssen est l'un des premiers à avoir associé le spectroscope à prisme à l'astronomie : en 1863, il établit que la Lune n'a pas d'atmosphère décelable. En 1867, il annonce de la vapeur d'eau dans celle de Mars. Et lors de l'éclipse totale du 18 août 1868, observée à Guntur, en Inde, il repère dans l'atmosphère solaire une raie jaune qui ne correspond à aucun élément connu : c'est celle de l'hélium, qu'on ne trouvera sur Terre que vingt-sept ans plus tard².

Le 2 décembre à six heures du matin, il décolle donc de la gare d'Orléans — transformée en atelier de fabrication de ballons — à bord du Volta, avec ses instruments et un marin pour équipier. Sur les quelque soixante-dix ballons montés qui quitteront Paris pendant le siège, c'est la seule mission scientifique³. L'aérostat se pose près de Nantes, Janssen gagne Marseille, embarque pour Oran — soigneusement choisie comme le meilleur point d'observation de la bande — et y débarque le 10 décembre. Douze jours d'avance. Installation, réglages, répétitions. Craignant une météo défavorable, il envoie plusieurs collaborateurs à Batna, à Aïn Oussera et jusqu'à Gibraltar.

Le 22 décembre au matin, le ciel d'Oran — comme presque partout sur la Méditerranée — est couvert. Il ne verra rien, ni ses émissaires. Un seul apercevra une auréole quelques secondes, sans aucune mesure possible. Il n'est pas seul sous ces nuages : William Huggins, le grand spectroscopiste anglais, a conduit sa propre expédition à Oran — vaincue par le même ciel⁴. Deux des premiers hommes à avoir fait parler la lumière des astres, dans la même ville, devant le même écran gris. La lettre de compte rendu de Janssen, lue à l'Académie le 27 février 1871, est brève : la mission est accomplie, l'observation est nulle⁵.

Ce que les nuages lui ont pris, le calcul peut aujourd'hui le restituer. Au-dessus de la couche nuageuse d'Oran, ce matin-là, la totalité a duré 2 min 10 s, avec un Soleil à 30° au-dessus de l'horizon, entre 12 h 26 min 03 s et 12 h 28 min 13 s en temps moyen local. C'est la mesure exacte de son échec — et il faut la donner, parce qu'elle donne aussi la mesure du pari.

Le calcul rend aussi justice à son choix. Janssen avait retenu Oran comme le meilleur point d'observation de la bande : le point de plus grande éclipse — celui où l'axe de l'ombre passe au plus près du centre de la Terre — tombe à 81 kilomètres de la ville. Sur une course qui va de l'Atlantique nord à la mer Noire, il ne s'était pas trompé de beaucoup.

Pendant ce temps, dans Paris assiégé, un jeune astronome de vingt-huit ans nommé Camille Flammarion suit l'éclipse partielle et enregistre la baisse de lumière avec un appareil de sa fabrication, à travers le ciel de la ville assiégée. Sa note est lue à l'Académie le 26 décembre⁶. Elle commence en observateur — l'éclipse débute à 11 h 20, la plus grande phase survient à midi 39, la Lune cachant les 83 centièmes du Soleil, la lumière tombant de 13 à 8 degrés et demi de son échelle — puis, l'espace d'une phrase, elle devient autre chose : « un silence se fait dans la nature, les oiseaux, qui tout à l'heure volaient et faisaient tapage, se taisent et sont cachés, on n'entend absolument que le bruit lointain du canon. »

Le calcul lui donne raison sur toute la ligne. Le premier contact tombe à 11 h 20 min 18 s en temps moyen de Paris (TU + 9 min 21 s) — son « 11 h 20 ». Le maximum, à 12 h 39 min 49 s — son « midi 39 ». Et la grandeur atteint 0,835 : ses « 83 centièmes » sont bien la grandeur, la fraction du diamètre solaire couverte par la Lune. La fraction de la surface cachée, elle, vaut 80 %⁷.

Syracuse : l'œil et la plaque

À Syracuse, la bande de totalité passe en début d'après-midi. Deux hommes y enregistrent la couronne, pendant la même totalité — une minute et quarante-sept secondes, dit le calcul — et leurs deux documents ne racontent pas la même chose.

Le premier n'est même pas venu pour regarder. Le capitaine G. L. Tupman, de la Royal Marine Artillery, assiste l'astronome américain William Harkness : sa tâche, pendant la totalité, est de tenir le pointeur du spectroscope sur les régions du limbe que Harkness analyse. C'est à travers le chercheur de l'instrument — trois centimètres d'ouverture, grossissement de dix — qu'il voit la couronne, par-dessus son travail. Cinq jours plus tard, depuis un navire à Malte, il envoie à Harkness une lettre de compte rendu qui est un modèle de probité⁸ : il n'a mesuré aucun angle, sa tête était penchée, son estimation du vertex « peut être considérablement fausse ». Il se refuse presque à dessiner. Une seule chose est certaine, écrit-il : la protubérance remarquablement brillante se tenait tout près du point sud de la Lune, alors à vingt-six degrés et demi à droite du vertex. Nous y reviendrons — car cette phrase-là se calcule.

Ce qu'il décrit, en revanche, il le décrit minutieusement. Une couronne faite « entièrement de fines lignes noires sur un fond blanc », continues, jamais courbes, sans limite définie, les parties ouest et nord-ouest les plus brillantes et les plus étendues, le sud partout le plus faible, rien au-delà de vingt-cinq minutes d'arc du limbe, rien en deçà de dix. Et surtout : une couronne qui change — un rayon qui grandit « très graduellement » dans le quadrant inférieur droit, un bord qui s'éclaire dans les dernières secondes de la totalité. Au passage, il note le croissant final se rompant « en plusieurs perles allongées de lumière », la couleur des protubérances — « un rose abricot soutenu, très difficile à décrire, différent de toute couleur du spectre solaire » — et le disque lunaire baigné d'un gris verdâtre « semblable à la lumière cendrée », le mot écrit en français⁹.

Le second est un photographe. Alfred Brothers, portraitiste à Manchester, expose une plaque pendant huit secondes au moment de la totalité¹⁰. Son cliché est l'un des premiers portraits photographiques réussis de la couronne, et il sera reproduit dans toute l'Europe. Le commentaire qui accompagne sa reproduction chez Schellen le décrit s'étendant sur environ deux diamètres lunaires vers le nord-ouest, contre un seul vers l'est et le sud, et conclut que le halo s'étend le plus loin « dans la direction d'où vient la Lune »¹¹.

Mettez maintenant les deux documents côte à côte. Sur la direction, l'œil et la plaque s'accordent : le nord-ouest domine chez l'un comme chez l'autre — et c'est aussi, on le verra, la région du disque où Flammarion plaçait le grand groupe de taches. Sur l'étendue, ils se contredisent du simple au double : vingt-cinq minutes d'arc au maximum pour Tupman, le double pour la plaque. Et sur le temps, ils ne jouent pas dans la même catégorie : Tupman décrit près de deux minutes d'une chose mouvante. La plaque en fige huit secondes. Le désaccord des deux documents n'est pas une querelle de fiabilité — c'est la différence entre ce que chaque support peut enregistrer.

Reste que la phrase de 1872 — « dans la direction d'où vient la Lune » — est une affirmation géométrique, et qu'une affirmation géométrique se calcule. Novilune peut établir, pour Syracuse, à l'instant du milieu de la totalité, l'angle de position du mouvement apparent de la Lune par rapport au Soleil. Le résultat : la Lune est arrivée de l'angle de position 271,5° — l'ouest céleste presque exactement, à un degré et demi du point cardinal — et elle repart vers 91,5°, à l'est.

Et la chaîne peut faire mieux : vérifier le seul chiffre dont Tupman se portait garant. L'angle entre l'axe vertical du champ — la ligne qui joint le vertex, ce point du limbe tourné vers le zénith, à son opposé — et le point sud du limbe est une pure grandeur de géométrie locale : l'angle parallactique. Tupman, tête penchée, incertain de tout le reste, l'a estimé à vingt-six degrés et demi. Novilune calcule, pour Syracuse au milieu de la totalité : 26,6°. Cent cinquante-six ans plus tard, le calcul confirme le capitaine à un dixième de degré près. Voilà un témoin dont on sait exactement ce qu'il vaut : rien sur ce qu'il n'a pas mesuré, tout sur ce qu'il a mesuré.

Pour l'auteur de 1872, en revanche, le verdict est sans appel. La Lune venait de l'ouest presque plein, l'allongement du halo photographié pointe le nord-ouest : quarante-quatre degrés d'écart. L'explication ne tient pas. La dissymétrie de la plaque ne suit pas le mouvement lunaire, elle appartient à la couronne elle-même — et tout converge alors : le nord-ouest de Brothers, l'ouest et le nord-ouest de Tupman, le groupe de taches nord-ouest de Flammarion, l'aurore sur la Sicile. Un Soleil au maximum de son activité, vu par quatre témoins qui ne se connaissent pas.

Catane et Augusta : le naufrage, les nuages, l'aurore

La Sicile ne devait pas être laissée aux seuls amateurs. Une expédition britannique — Norman Lockyer, codécouvreur de l'hélium avec Jules Janssen, en fait partie — devait établir son quartier général à Syracuse. Le 15 décembre, son vapeur, le HMS Psyche, se fracasse sur des rochers au large de Catane. Hommes et instruments sont sauvés, mais le dispositif est redéployé en catastrophe : Lockyer s'installe à Catane, le groupe de W. G. Adams — avec le mathématicien William Kingdon Clifford — se replie sur Augusta¹².

Le 22 décembre, le sort s'acharne. À Augusta, juste avant la totalité, un nuage épais vient couvrir la Lune, au point que les observateurs ne savent plus, écrira Adams, si c'est la Lune ou le nuage qui éclipse le Soleil¹³. À Catane, Lockyer est logé à la même enseigne. Janssen n'est donc pas seul dans son échec : ce 22 décembre, le ciel s'est refusé à peu près à tout le monde, du savant naufragé à l'aéronaute du siège. Le calcul ajoute un détail cruel : la totalité durait 1 min 49 s à Augusta, mais 1 min 37 s seulement à Catane, poussée à 41 kilomètres de la limite nord de la bande — en déportant Lockyer vers le nord, le naufrage lui avait aussi pris quelques secondes de totalité (Syracuse, le quartier général prévu, en gardait 1 min 45 s).

Un phénomène, pourtant, s'était laissé voir. Quelques jours avant l'éclipse, le récit de l'expédition rapporte une aurore boréale éclatante observée en début de soirée, vers dix-huit heures trente puis dix-neuf heures — « plus brillante », note-t-il, que la grande aurore d'octobre¹⁴. Une aurore visible à la latitude de Catane, à trente-sept degrés et demi nord, signe une activité solaire et géomagnétique exceptionnelle. L'automne 1870, proche du maximum du cycle, avait déjà jeté des aurores jusque sur Paris. Le même Soleil s'est donc manifesté trois fois en une semaine aux témoins de cette page : par une aurore aux portes de l'éclipse, par une couronne dessinée, par une couronne photographiée.

La note parisienne de Flammarion contient d'ailleurs, sans le savoir, la clef de ce qui précède. Après ses mesures, il décrit l'état du disque : un groupe de taches à deux foyers dans la région nord-ouest, une tache isolée à l'ouest du centre — et il rappelle que « nous sommes actuellement à l'époque d'un maximum de taches solaires », le calcul des cycles plaçant ce maximum à l'automne même de 1870¹⁵. Un Soleil au plus haut de son activité : voilà ce qui jette des aurores sur la Sicile, hérisse de jets la couronne de Tupman — et qui pourrait bien expliquer, mieux que le mouvement de la Lune, l'étrange allongement de la plaque de Brothers.

Cinq hommes, ce 22 décembre 1870 : un aéronaute sous les nuages d'Oran, un assiégé qui mesure la pénombre de Paris, un capitaine qui tient un pointeur et regarde par-dessus, un photographe qui compte huit secondes, un naufragé qui scrute un nuage en se demandant s'il regarde la Lune. Autant de couronnes que de témoins — que le calcul permet seul de réunir.

Fiche de l'éclipse du 22 décembre 1870

Bibliographie

• Adams, William Grylls. « Report of Professor W. G. Adams, on Observations of the Eclipse of December 22nd, 1870, made at Augusta, in Sicily ». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 31, nᵒ 5 (1871) : 155–161. https://doi.org/10.1093/mnras/31.5.155.
• Becker, Barbara J. Unravelling Starlight: William and Margaret Huggins and the Rise of the New Astronomy. Cambridge : Cambridge University Press, 2011.
• Brothers, Alfred. « Corona bij volledige zonsverduistering [photographie de la couronne, Syracuse, 22 décembre 1870, pose de 8 secondes] ». Rijksmuseum, Amsterdam. https://www.rijksmuseum.nl/en/collection/object/Corona-bij-volledige-zonsverduistering--0ce07617d111c074a562ace2244e03bf.
• Flammarion, Camille. « Note sur la baisse de luminosité observée à Paris pendant l'éclipse du 22 décembre 1870 ». Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences 71 (1870), séance du 26 décembre 1870.
• Janssen, Jules. « Lettre à l'Académie des sciences annonçant la mission d'Algérie ». Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences 71 (1870), séance du 24 octobre 1870.
• Janssen, Jules. « Lettre à l'Académie des sciences : compte rendu de la mission d'Oran ». Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences 72 (1871), séance du 27 février 1871.
• Launay, Françoise. Un globe-trotter de la physique céleste : l'astronome Jules Janssen. Paris : Vuibert, 2008.
• MacTutor History of Mathematics Archive, université de St Andrews. « William Kingdon Clifford and the eclipse of 1870 ». MacTutor. https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Extras/Eclipse_1870/.
• NASA. « Saros 120 history ». umbra.nascom.nasa.gov. https://umbra.nascom.nasa.gov/eclipse/970309/text/saros-history.html.
• Schellen, Heinrich. Spectrum Analysis in its Application to Terrestrial Substances, and the Physical Constitution of the Heavenly Bodies. Londres, 1872. https://digital.sciencehistory.org/works/8w32r687j.
• Tissandier, Gaston. En ballon ! Pendant le siège de Paris. Paris, 1871.
• United States Naval Observatory. Reports on Observations of the Total Solar Eclipse of December 22, 1870. Dir. B. F. Sands. Washington : Government Printing Office, 1871. https://archive.org/details/totalsolareclip00usgoog.