TP de Physique n°6 ÉTUDE DU SPECTRE D`UNE ÉTOILE

2nd
TP de Physique n°6
ÉTUDE DU SPECTRE D'UNE ÉTOILE
Est-il possible de déterminer la nature de certaines espèces chimiques présentes dans une
étoile ?
Dans l'Antiquité, les étoiles étaient considérées comme des points lumineux placés sur la
sphère des fixes. Même du Soleil qui à l'époque n'était pas considéré comme une étoile, on
n'avait qu'une idée bien vague, Anaxagore (500-428 av JC) y voyait une masse de métal
chauffée au rouge et Aristote (environ 350 av JC) pensait qu'il était fait de Feu pur.
Jusqu'au 19ème siècle la structure du Soleil et l'origine de son énergie restaient sans réponse.
Quant à sa composition, elle semblait impossible à atteindre. A ce sujet, Auguste Comte
écrivait en 1835 dans son cours de philosophie positive : "on ne connaîtra jamais cette
composition chimique car il est impensable que l'on puisse la déterminer à distance".
Et pourtant, ....aujourd'hui, on peut déterminer la présence d'espèces chimiques dans des
étoiles et dans des galaxies lointaines.
I Objectifs :
- déterminer les entités chimiques présentent dans l'enveloppe externe d'une
étoile à partir de son spectre.
- repérer par sa longueur d'onde dans un spectre une radiation caractéristique
d'une entité chimique.
II. Observation des documents : Photographie du spectre de l'étoile Rigel
Cette photographie est en noir et blanc (la couleur n'apporte pas d'informations
supplémentaires dans le cadre de l'étude des spectres des étoiles). Le spectre couvre l'ensemble
du domaine du visible.
Le spectre de l'étoile est situé en haut de la figure, au dessous se trouve le spectre de l'argon
dont les longueurs d'onde connues vont permettre l'étalonnage du spectre de Rigel
1)
2)
3)
4)
Le spectre de l'étoile est-il un spectre d'émission ou un spectre d'absorption ?
Est-ce un spectre continu ou un spectre de raies ?
A partir de ce simple spectre est-il possible de déterminer la longueur d'onde des raies ?
Le spectre de l'argon correspond-il à un spectre d'émission ou un spectre d'absorption ?
Pourquoi ?
5) Ce dernier spectre est-il un spectre continu ou un spectre de raies ?
III. Travail à faire.
Sachant qu'il y a proportionnalité entre les distances mesurées entre deux raies et les écarts
entre les deux longueurs d'onde correspondantes, déterminer les longueurs d'onde de chacune
des raies repérable sur la photo.
raie n°
1
mesure (cm)
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
λ (nm)
élément
Données :
Nom de
l'élément
chimique
Hydrogène
Hélium
Magnésium
Symbole de
l'élément
longueurs d'onde (nm)
chimique
H
Hα 656,3 ; Hβ, 486,1 ; Hγ 434,2 ; Hδ 410,3 ; Hε 397,1.
728.1 - 706.5 - 667.8 - 587.6 - 504.8 - 501.6 - 492.5 - 471.3 - 447.1
He
- 414.4 - 404.6 - 388.9
He+
468.6 - 164.1 - 30.3
Mg
518.4 - 517.3 - 516.7 - 383.2
+
Mg
448.1 - 280.3 - 279.5
IV. Questions.
1) Reconnaître les espèces chimiques responsables des raies.
2) Le travail effectué, implique-t-il qu'il n'y a pas d'autres espèces chimiques présentent
dans l'enveloppe externe de l'étoile ?
3) La présence d'atomes d'hydrogène H a été détectée (raies Hα, Hβ, Hγ), pourquoi les raies
Hδ, Hε, n'ont pas été détectées ?