Le spectre du soleil

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Partie 2 / Les couleurs de la lumière et de la matière
Activité
expérimentale
La lumière du soleil
▪ Les découvertes astronomiques se font essentiellement par l'étude de la lumière émise par les astres.
Le spectre lumineux ou le profil spectral de la lumière émise par l’étoile nous renseigne :
- sur la couleur de l’étoile (vu à l’œil nu),
- sur la température de surface de l’étoile,
- sur la composition de l’atmosphère gazeuse de l’étoile.
 Etudions le cas de notre étoile : le Soleil…
DOC1 : le soleil
 Comme toute étoile, le Soleil est une énorme sphère de gaz très chaud qui produit de la lumière par
des réactions thermonucléaires
 Paradoxalement, la lumière du Soleil, qui arrive sur la Terre en 8 min, met beaucoup plus de temps
pour se frayer un passage à l'intérieur du Soleil: le cœur de l'astre est si dense et si opaque que la lumière transportant l'énergie libérée par les réactions nucléaires met environ 1 million d'années pour parvenir à la surface du Soleil, appelée photosphère
 La lumière émise par la surface du Soleil traverse ensuite son atmosphère ou chromosphère qui peut
être assimilée à une couche gazeuse à basse pression
 Au XIXème siècle le physicien allemand, Joseph Fraunhofer (1787–1826), a étudié le spectre visible
de la lumière du soleil décomposée par un prisme : dès 1814, il remarque la présence de raies noires
dans le spectre du Soleil. Entre 300 nm et 700 nm, il existe plus de 20 000 rais répertoriées.
 Kirchhoff mesure la longueur d’onde de plusieurs milliers de ces raies et montre qu’elles coïncident
avec celles émises par diverses entités chimiques : hydrogène, calcium, cuivre, fer, zinc... Il a pu en
déduire la composition chimique de l’atmosphère solaire : il publie, en 1861, le premier atlas du système
solaire.
DOC3 : En annexe ....
DOC2 : Profil spectral
du soleil
(1) un extrait du spectre visible du Soleil.
Les principales raies d'absorption (repérées par un numéro) sont représentées par
un trait noir.
(2) un extrait du spectre de raies d'émission de l'argon obtenu avec le même spectroscope. Ces raies servent de référence
de longueur d'onde.
H
Na
Mg
Ca
Fe
Ti
Mn
Ni
396.0
589.0
470.3
421.7
438.3
466.8
403.6
508.0
410.1 434 486.1 656.3
DOC4 : Longueurs d’onde (en nm)
589.6
de certaines raies caractéristiques
516.7
de quelques entités chimiques.
526.2 527
491.5 495.7 532.8 537.1 539.7 539.7
498.2
Spectre des étoiles
Etude quantitative
▪ Un élément chimique ne peut absorber que les
raies de lumière correspondant aux longueurs
d’ondes des raies de son spectre d’émission.
 A l’aide du DOC2 et de la loi de Wien, déterminer la température de la surface du soleil
 Accéder à l’animation :
http://kieffer.physchim.free.fr/documents/Animati
ons/spectroscopie.swf
 Cliquer sur l’étoile (A, B ou C) pour faire
apparaître
son
spectre
puis
cliquer
successivement sur le nom des éléments pour y
ajouter leur spectre. Déterminer les éléments
chimiques identifiables dans chacune
des
étoiles A, B et C.
Etude du spectre du soleil
Etude qualitative
 Comment seraient les spectres du DOC3 si le
document était en couleur ?
 Quelle est l’origine du fond coloré continu du
spectre du soleil ?
 Comment peut-on expliquer la présence de
raies noires dans le spectre du Soleil?
 Comment serait le spectre si le Soleil n'avait
pas d'atmosphère?
 Quel schéma, parmi les deux ci-dessous,
permet d’interpréter une de ces raies noires
 Interpréter le fait que l’absorption de la
lumière solaire se fasse sous forme de raies.
 Comment repère-t-on ce phénomène dans le
profil spectral du DOC2 ?
► On désire déterminer les longueurs d’onde
des raies qui apparaissent dans le spectre
d’absorption du soleil ; pour cela on utilise dans
un 1er temps le spectre de l’argon qui va permettre de tracer une droite d’étalonnage.
 Placer l’origine de la règle sur la raie 390 nm
du spectre de l’argon.
 Mesurer les distances x entre la raie
d’émission de 390 nm et les autres raies
d’émission ; regrouper les résultats dans un tableau du type
x (cm)
(nm)
0
390 nm
403,1
428,9
 Tracer à l’aide d’Excel la droite  = f (x) ; déterminer l’équation de la droite «  = a x + b »
 Placer l’origine de la règle sur la raie en pointillé du spectre du soleil.
 Mesurer les distances x entre la raie en pointillé et les raies d’absorption numérotées de 1 à
15.
 A l’aide d’Excel et de l’équation de la droite
«  = a x + b », déterminer les longueurs
d’ondes des raies d’absorption du soleil.
 A l’aide du DOC4, déterminer les éléments
chimiques présents dans l’atmosphère du soleil
mis en évidence dans le spectre d’absorption