Etude des spectres : Applications à l`ASTROPHYSIQUE

Travaux Pratique PHYSIQUE n°6
Etude des spectres : Applications à l’ASTROPHYSIQUE
La rédaction du TP se fera de manière informatique en utilisant les traitements de texte à votre disposition
Attention à la clarté de votre document
TRAVAIL INDIVIDUEL
Sera attaché une grande importance à la rédaction de vos observations, de vos interprétations et de vos conclusions.
HISTOIRE et INTRODUCTION :
L’astrophysique vise à comprendre l’histoire de l’Univers et son devenir en étudiant la formation et
l’évolution de ses composants (étoiles, planètes, galaxies, amas de galaxies). Pour cela elle se sert d’instruments
de plus en plus perfectionnés et s’appuie sur la physique pour l’interprétation des observations.
Contrairement au physicien travaillant dans son laboratoire, un astrophysicien ne peut pas provoquer les
phénomènes qu'il veut étudier et il n'accède qu'indirectement à l'objet de ses études. Comment ? En
poursuivant inlassablement les plus infimes traces que tout objet (étoiles, planètes, etc.) ou évènement
(explosion d'étoiles, passage de comètes), laisse dans l’Univers.
Ces traces sont des rayonnements qui se situent à des millions ou des milliards d’années-lumière et mettent
parfois des millions ou des milliards d’années-lumière pour nous parvenir. Pour les détecter, les chercheurs ont
besoin d’outils hors normes, de haute technologie et d’une sensibilité inégalée. C’est ainsi que l’astrophysique est
une science récente née avec les progrès de la physique contemporaine.
Ce TP a pour but de nous montrer un aperçu de ce qu’est l’astrophysique.
OBJECTIFS :
- étudier les spectres d’étoiles afin d'identifier les éléments chimiques présents dans ces étoiles, mais
aussi d’autres caractéristiques comme la température, …
C’est Parti…
1. Etude documentaire
1.1. En vous aidant de votre livre (document 1 page 248 et cours page 250) compléter le texte ci-dessous
*Le soleil est une boule de ………… de rayon…………………….km dont la température interne est de
l’ordre de ………………………………. °C
* La photosphère est la couche ………………………du soleil ; c’est elle qui émet la lumière qui nous
parvient du soleil.
- elle est composée de …………………………………
- sa température est d’environ ……………………degrés
* Le spectre de la lumière du soleil ( spectre de Fraunhofer) est composé d’un fond …………
et………………
strié d
e ……………………………….
- Le fond continu correspond à un spectre d’………………………….. d’origine thermique.
L’étude du fond continu renseigne donc sur la ……………………..….du soleil.
- Les raies noires du spectre de Fraunhofer correspondent à un spectre d’…………………….
L’étude de ces raies permet de connaître la composition chimique de l’……………………
de l’étoile.
1
1.2. Répondre à la question 4 du document 1 :
C:
D:
E:
F:
G:
H:
2. Identification des éléments chimiques présents dans l’atmosphère des étoiles
principales des constellations du cygne, de la lyre et des gémeaux
A l’aide du fichier ci-dessous :
(en cliquant sur l’icône ou en ouvrant ce fichier du répertoire), déterminer les éléments chimiques
présents dans les étoiles principales.
Le logiciel à utilisé est simple et ne nécessite aucune intervention extérieur…faites preuve d’autonomie.
Les résultats seront apportés sous forme de tableau où vous n’oublierez pas d’indiquer le nom de l’étoile
étudiée.
Nom Etoile
Constellation
Eléments chimiques présents dans l’atmosphères
3 Identification des éléments chimiques présents dans l’atmosphère de l’étoile Rigel
Pour ce travail vous utiliserez un document « Rigel » que l’on peut trouver à l’aide du lien ci-dessous :
http://labotp.org/TP2ndphy/06phy2nde/rigel2/index.htm
Ce document est composé de 3 parties :
 « Qui est Rigel ? » donne des renseignements sur cette étoile,

«Principe de la mesure » explique la méthode utilisée pour identifier certains éléments
chimiques présents dans cette étoile

« Mesures » : permet d’effectuer des mesures de longueur d’ondes des raies d’absorption
présentes dans le spectre de cette étoile.
3.1.Répondre aux questions suivantes :
a) Dans quelle constellation se trouve l’étoile Rigel
b) Quelle est la couleur de cette étoile ? Quelle est sa température ?
c) Quel est le type spectral de cette étoile? A quelle classe appartient-elle ?
d) Quelle est la température approximative d’une étoile rouge ? d’une étoile blanche ?
e) A quel type spectral appartient le soleil ?
f) Le spectre de raies est–il produit par la photosphère ou par l’atmosphère de l’étoile ?
2
3.2. Mesures
a) Principe de la mesure : quel est l’élément chimique dont le spectre sert de référence dans cette étude ?
b) Réaliser l’étalonnage de l’écran comme indiqué à l’aide du spectre de référence dont les raies ont des
longueurs d’onde connues.
c) Déterminer à l’aide du curseur mobile la longueur d’onde des 28 raies d’absorption relevées sur le
spectre de Rigel et remplir le tableau ci-dessous.
Certaines raies correspondent à un élément chimique du tableau de données ci-dessous : noter pour ces
raies le symbole l’élément chimique correspondant dans la3 ème ligne du tableau..
N° de raie
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Longueur
d’onde ( nm)
éléments
N° de raie
Longueur
d’onde (nm)
éléments
N° de raie
Longueur
d’onde (nm)
éléments
Conclusion : Quels sont les éléments chimiques présents dans l’atmosphère de Rigel ?
Tableau de données
Atome ou ion
Longueurs d’onde (nm)
H
656,3 - 486,1 - 434,0 - 410,3 - 397,1 - 388,9
He
728,1 - 706,5 - 667,8 - 587,6 - 504,8 - 501,6 - 492,2 - 471,3 - 447,1
- 438,8 - 414,4 - 404,6 - 396,4 - 388,9
He+
468,6 - 320,3 - 164,1 - 30,3
Mg
518,4 - - 516,7 - 383,2
Mg+
448,1 - 280,3 - 279,5
3