3. Loi du rayonnement de Kirchhoff
Les découvertes en matière de spectroscopie débouchent sur l'observation, dans le spectre solaire, des raies de Fraunhofer (raies sombres d'absorption), désignées par Joseph von Fraunhofer par les lettres A à H, et dont la longueur d'onde est égale à celle des raies claires (raies d'émission) des spectres de flammes terrestres. Quelques chercheurs ont examiné de plus près les raies spectrales ainsi que la transformation des raies sombres en raies claires par des sources lumineuses terrestres. Bien des explications théoriques de cet effet (George Gabriel Stokes, Anders Jonas Ångström) se sont approchées de celles de Kirchhoff et Bunsen, mais elles sont restées trop indéterminées.
L'exactitude des expériences de Kirchhoff et Bunsen fut rendue possible par l'invention ou l'amélioration d'appareils appropriés : spectroscope à prisme de flint-glass, brûleur à grain de sel de Bunsen.
Le résultat de leurs observations (1859) consiste tout d'abord en ceci : avec une lumière solaire claire, la raie sombre D (raie du sodium) est renforcée par une flamme de sodium installée entre le spectroscope et l'incidence de la lumière solaire, tandis que cette même raie sombre D s'éclaircit si l'on diminue la clarté solaire. Kirchhoff en déduit la loi fondamentale du rayonnement : à température et longueur d'onde égales, le rapport des pouvoirs d'émission et d'absorption est constant et indépendant des propriétés du corps. Le pouvoir d'émission est égal à celui du « corps noir » défini par Kirchhoff comme un corps qui absorbe la lumière, quelle que soit sa longueur d'onde, et dont le rayonnement ne dépend que de la température. Cette loi permet d'expliquer l'apparition des raies de Fraunhofer par l'absorption dans l'enveloppe gazeuse du Soleil de certaines fréquences de rayonnement du noyau solaire.
Les recherches de Kirchhoff et de Bunsen ouvrent la voie au progrès dans trois directions : l'analyse spectrale se révélera un auxiliaire de poids pour l'astrophysique. L'exploitation des lois empiriques des séries spectrales (Balmer, Ritz, Paschen, Rydberg) conduira à l'interprétation du rayonnement lumineux (Niels Bohr, 1913). Enfin, la découverte de la relation entre le pouvoir d'émission, d'une part, la longueur d'onde et la température, de l'autre, conduira à la loi du rayonnement de Planck (1900) qui est à l'origine de la théorie des quanta.
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