L'observation des étoiles Frédéric DEMEURE U 04

(lampe à incandescence, corps chauffé, lampe à vapeur de sodium…) Les spectres d’émission Un spectre d’émission est un spectre produit par la lumière directement émise par une source (lampe à incandescence, corps chauffé, lampe à vapeur de sodium…) On fait varier l'intensité lumineuse d'une lampe à incandescence. On analyse la lumière en la décomposant avec un prisme.  On obtient des spectres d’émission continus.

(Le spectre s'enrichit en radiations de courtes longueurs d'ondes) Lorsque l'intensité lumineuse de la lampe augmente (donc lorsque la température du filament de la lampe augmente), on voit d'abord apparaître la couleur rouge, puis le spectre s'enrichit vers le bleu et enfin le violet. (Le spectre s'enrichit en radiations de courtes longueurs d'ondes)  

- le soleil -un filament fortement chauffé... On obtient un spectre continu, c'est à dire comprenant toutes les radiations visibles de 380 à 780 nm.

Les spectre de raies d'émission Pour obtenir un spectre de raies d’émission d’un élément : - on excite par une tension électrique un gaz enfermé dans une enceinte sous basse pression - décomposer la lumière qui sort des vapeurs à l'aide d'un prisme et la récupérer sur un écran

Lorsqu’on excite par une tension électrique un gaz enfermé dans une enceinte sous basse pression, il émet une lumière que l’on peut décomposer grâce à un prisme. Le résultat de cette décomposition est un spectre d’émission discontinu. Il est composé de raies fines et colorées.   Exemple : Le spectre donné par une lampe à vapeur de mercure ou une lampe à vapeur de sodium est discontinu.La lumière émise par ces lampes est composée d'un nombre limité de radiations.              Spectre d'une lampe à vapeur de sodium Spectre d'une lampe à vapeur de mercure

Les spectres de raies d’absorption Pour obtenir un spectre de raies d’absorption d’un élément : -          faire brûler l’élément et faire traverser les vapeurs obtenues par de la lumière blanche. Le spectre de la lumière blanche est continu. -          décomposer la lumière qui sort des vapeurs à l’aide d’un prisme et la récupérer sur un écran.

Le spectre d’absorption est constitué de raies noires Le spectre d'absorption est le spectre obtenu après la traversée d'une substance par la lumière. La partie du spectre absorbée est différente selon les espèces chimiques présentes: c'est un spectre de raies ou de bandes d'absorption Le spectre d’absorption est constitué de raies noires se détachant sur un spectre coloré.

Comparaison des spectres d'émission / absorption

Observation des spectres de la lumière issue d'une étoile Il est difficile d’envoyer une sonde spatiale sur de nombreuses étoiles car elles sont trop loin ou trop chaudes. Seul leur rayonnement nous permet de les analyser. En observant le spectre de la lumière émise par une étoile, on peut déterminer la composition chimique de son atmosphère et sa température de surface. Une étoile est une boule de gaz sous haute pression dont la température varie beaucoup entre le centre et sa surface. Mais la plupart des étoiles comportent une atmosphère constituée d’un gaz sous basse pression. Le rayonnement que l’on perçoit d’une étoile provient de la photosphère. Celui-ci donne la couleur donc la température de l’étoile : les bleues sont les plus chaudes et les rouges les plus froides. A la périphérie de cette photosphère, il existe donc une atmosphère constituée d’un gaz sous faible pression. C’est dans cette partie de l’étoile que certaines radiations sont absorbées par les éléments chimiques présents. Le spectre de la lumière émise par une étoile est donc un spectre d’absorption.

La lumière en provenance d'une étoile nous renseigne : Exemple: le spectre d’absorption du soleil contient certaines raies noires d’absorption correspondant aux raies d’émission de l’hydrogène. Par conséquent l’hydrogène est présent dans l’atmosphère de l’étoile. La lumière en provenance d'une étoile nous renseigne : - sur la température au voisinage de sa surface (spectre continu émis par la photosphère) - sur la composition de l'atmosphère de l'étoile (spectre d'absorption du à la chromosphère)

Un cœur gros (et chaud) comme ça !  Il y a des étoiles de toutes les couleurs. C’est une histoire de _______________ à la surface de l’astre. Le fer dans la forge devient rouge quand sa température s’élève entre 700 °C et 1000 °C. Si on continue à le chauffer, son spectre initialement riche dans le domaine des radiations rouge-orange, s’enrichit dans les radiations _____________. Il passe par toutes les couleurs de l’arc en ciel. N’importe quel corps porté à une température donnée, indépendamment de sa composition, prend une teinte précise. La température fixe la couleur, quel que soit le corps : rouge jusqu’à 3000 °C, jaune comme le Soleil à ________, bleue comme _________________ à 20 000 °C. La masse d’une étoile détermine sa température. Les astres massifs, dont le champ de gravité est plus important, doivent pour se stabiliser avoir une température plus élevée. La pression thermique, en compensant la gravité, leur assure l’équilibre. Plus une étoile est massive, plus son noyau central est chaud et plus sa température superficielle grimpe. Par exemple, le cœur jaune du soleil est à 15 millions de degrés Celsius tandis que celui de la bleue Sirius est à 40 millions de degré Celsius environ. Les grosse étoiles sont bleues, les petites rouges ou jaunes. Du moins au début de leur vie »

Après avoir lu le texte, répondez aux questions suivantes. Dans ce texte issu d’un article d’Hubert Reeves, certains mots ont été effacés lors de l’impression. En utilisant la figure ci-dessus, compléter les trous du texte. De quelle(s) couleur(s) le spectre d’un corps chaud émettant de la lumière s’enrichit-il, lorsque sa température augmente ? Le spectre représenté ci-dessus est-il un spectre d’émission ? d’absorption ? continu ? de raies ? De quelle grandeur physique très courante, la température d’une étoile dépend-elle ? Quelle phrase du texte l’indique ? Exprimer la valeur de la température du cœur du Soleil en notation scientifique. Quel est son ordre de grandeur? Quelle est l'étoile la plus massive, Sirius ou le Soleil? Justifier. Le Soleil fait-il partie de la famille des « petites étoiles » ou de la famille des « grosses étoiles » ? Justifier.