1.4.4 Analyse spectrale

L'apparition de spectres lumineux à l'aide d'un prisme de verre est connue depuis longtemps. Sénèque l'avait comparé aux couleurs de l'arc-en-ciel. En 1666, Newton analyse le spectre du Soleil en utilisant un écran percé d'un trou. De celui-ci, la lumière solaire se projette sur le mur d'en face à travers un prisme. De son expérience, il conclut que la lumière blanche se compose d'une infinité de couleurs ``pures'' et que chaque lumière ``pure'' a un degré de réfrangibilité spécifique. L'existence de raies sombres dans le spectre solaire fut notée pour la première fois par W.H. Wollaston en 1802 qui les remarqua en plaçant une fente devant le dispositif de Newton. Il note 7 raies sombres.

En 1814, Fraunhofer met au point le premier spectroscope en utilisant un collimateur devant la fente, un réseau de diffraction qu'il a inventé pour remplacer le prisme et une lunette pour observer le spectre. Il découvre des centaines de raies noires fixes les unes par rapport aux autres. Il établit ainsi la première carte du spectre solaire. Il désigne les raies noires principales du spectre par les premières lettres de l'alphabet. Il est convaincu que ces raies sont dues à la nature de la lumière du Soleil et ne sont pas des effets de la diffraction, ou de simples illusions. En dépit de l'intérêt porté à ces raies, leur origine demeure encore inconnue jusqu'au milieu du XIX siècle. Certains pensent qu'elles sont le fait d'un défaut d'optique dans la lunette, d'autres supposent qu'elles se forment dans l'atmosphère terrestre, et d'autres encore pensent qu'elles prennent leur origine dans le Soleil.

De nombreux expérimentateurs entre 1820 et 1850, en particulier Foucault et Å ngström étudient les spectres de diverses sources et notent que certaines raies sombres du spectre solaire coïncident avec les raies brillantes de métaux volatilisés.

En 1842, Doppler, professeur à Prague, met en évidence le fait que le mouvement d'un corps peut affecter la couleur de la lumière qu'il émet. Mais telle qu'elle était exposée, sa théorie ne pouvait pas immédiatement s'appliquer aux observations astronomiques.

Il faut attendre 1859 pour que Kirchhoff et Bunsen donnent la clé de l'énigme des raies sombres dans le spectre solaire. Chaque raie est due à la présence d'un élément donné. Quand un gaz est interposé entre la source et le spectroscope, les raies apparaissent sombres ou brillantes selon que la température du gaz est plus basse ou plus élevée que celle de la source. Ces lois expliquent le spectre du Soleil : la lumière solaire traverse son atmosphère moins chaude, qui, contenant des métaux, absorbe les radiations.

On sait alors dans les années 1869 que la lumière porte en elle la marque distinctive de la composition chimique du corps, de son état physique et de son mouvement.