Recherches sur le sodium atmosphérique

CNRS, Service d'Aéronomie, B.P. n° 3, 91370 Verrières-le-Buisson, France

Résumé

Découverte en 1938, l'émission du sodium, élément marquant du spectre de la lumière diffusée par l'atmosphère au crépuscule, pouvait avoir pour origine soit la dissociation des molécules d'oxyde de sodium [NaO], soit la résonance optique des atomes libres de sodium. En mesurant d'une part la largeur de raie de l'émission avec des cuves à absorption contenant des atomes de sodium (1944) et d'autre part la polarisation du doublet émis (1949), Bricard et Kastler ont démontré que la résonance optique constitue le mécanisme d'excitation. Ils prouvaient ainsi que les atomes de sodium ont une longue durée de vie dans l'atmosphère vers 90 km d'altitude. Les conséquences de ce travail sont exposées brièvement : a) Les nuages de sodium éjectés par fusées ont fourni une abondante moisson de données sur l'atmosphère de 80 à 500 km d'altitude (vents, température, turbulence) ; les nuages de baryum ionisé sont encore utilisés aujourd'hui pour étudier la magnétosphère et les plasmas interplanétaires. b) La technique d'absorption a été transposée à l'étude de l'hydrogène autour de la Terre et dans le milieu interplanétaire et a entraîné la découverte du vent interstellaire local ; l'application de la méthode de la résonance optique à des mesures spectroscopiques à haute résolution a permis d'obtenir la première mesure du déplacement des raies solaires vers le rouge, prévu par la théorie de la relativité générale, et plus récemment de développer l'étude des oscillations solaires qui constitue l'outil moderne de description de la structure interne du Soleil.

Abstract

The sodium flash discovered in 1938 as a strong feature present in the spectrum of the light scattered by the atmosphere during twilight could be caused either by the dissociation of NaO molecules, or by the optical resonance of free Na atoms. Bricard and Kastler demonstrated that optical resonance is the excitation mechanism by measuring both the linewidth of the emission with absorption cells containing sodium atoms (1944) and the polarization of the doublet (1949). This proved that free Na atoms could exist for a long time in the atmosphere around 90 km of altitude. The consequences of this work are briefly examined : a) The sodium clouds ejected by rockets gave a large wealth of data on the atmosphere from 80 to 500 km (winds, temperature, turbulence parameters) ; the baryum ions clouds are still used for the study of magnetospheric and interplanetary plasmas. b) The absorption technique has been transposed to the study of hydrogen around the Earth and in the interplanetary medium, with the discovery of the local interstellar wind ; the use of optical resonance for refined spectroscopic measurements has led to the first measurement of the Einstein red shift on the sun and to the recent development of the study of solar oscillations, which constitutes the modern tool for the probing of the sun down to its core.