Document

Feuille IV-1 Chap. 4 : LES ETOILES DOCUMENTS
Doc 1 : L'étoile la plus proche du Soleil, Proxima du Centaure.
Proxima du Centaure est une étoile de classe M, comme toutes les naines rouges
dont elle est un représentant. Les étoiles de classe M sont les plus nombreuses et
possèdent une température de surface de 2800 à 4200°C. Outre l’hydrogène et
l’hélium, composants majoritaires, les naines rouges contiennent des métaux neutres
tels que le sodium Na, le calcium Ca et le fer Fe, mais aussi des molécules telles que
l’oxyde de titane TiO.
Doc. 2 : La constitution d’une étoile comme le Soleil.
Une étoile peut être considérée comme une boule de gaz sous haute pression dont la
température varie de plusieurs millions de degrés, au centre, à quelques milliers de
degrés en surface.
La plupart des étoiles comportent une atmosphère constituée d’un gaz sous basse
pression. Seule la surface de l’étoile appelée aussi photosphère émet de la lumière.
Doc 3 : Dispersion de la lumière.
Expérience 1 : On réalise le montage schématisé sur la figure 1.
1. Compléter la légende du schéma.
2. Qu’observe-t-on sur l’élément 5 ? Quel nom porte cette
figure ?
3. Comment interpréter ce phénomène ?
Expérience 2 : On remplace l’élément 4 du montage par un
réseau (plaque sur laquelle sont gravés 140 traits par millimètre).
4. Peut-on dire qu’un réseau est un système dispersif ?
5. A l’aide d’un papier fixé sur l’écran, repérer la position des
zones colorées sur le premier spectre à droite. Reproduire ce repérage sur le cahier.
Expérience 3 : En ne changeant aucun réglage du montage de l’expérience 2, on remplace la lampe à incandescence par un laser
He-Ne émettant une lumière rouge.
6. Quelle est l’allure du spectre obtenu ? Comment l’interpréter ?
7. Compléter le schéma de la question 5 en y ajoutant le repérage des différentes zones éventuellement observées dans le
spectre de cette lumière.
Expérience 4 : En gardant toujours les mêmes conditions, on remplace le laser par une lampe à vapeur de mercure.
8. Compléter le schéma de la question 5 en y ajoutant le repérage des différentes zones éventuellement observées dans le
spectre de cette lumière. Que remarque-t-on en observant les repères ainsi pris pour trois lumières différentes, dans les
mêmes conditions d’observation ?
9. La place des repères serait-elle différente si on changeait les conditions (la position de l’écran par exemple) ?
Doc 4 : spectres de raies, spectres continus.
Les lampes à incandescence émettent une lumière dont le spectre est continu. Leur lumière est émise par un filament de
tungstène porté à très haute température par le courant électrique qui y circule. Le phénomène n’est pas nouveau : tout métal porté
à haute température se met à émettre une lumière (d’abord rouge puis blanche), le spectre de cette lumière est continu. De
manière générale, tout corps (gazeux ou solide) sous haute pression et à haute température, donne naissance à une lumière dont
le spectre est continu. C’est le cas de la surface d’une étoile, appelée photosphère.
Les spectres d’émission de raies sont obtenus dans des conditions physiques différentes. Un gaz, à basse pression et à
température élevée, émet une lumière constituée d'un nombre restreint de radiations : on obtient un spectre de raies d'émission.
C’est le cas de la lumière émise par les tubes à décharge comme les lampes à vapeur de mercure ou de sodium. En effet, de telles
lampes sont constituées d’un tube dans lequel un gaz à basse pression est parcouru par des décharges électriques. C’est aussi le
cas des tubes néon ou des lampes à économie d’énergie.
Doc 5 : Observation du spectre de la lumière d’une lampe à incandescence.
On réalise le montage schématisé ci-contre, permettant d’observer l’évolution du spectre d’une lampe à incandescence avec la
température de son filament. On fait varier la température du filament en faisant varier l’intensité du courant électrique le traversant.
1. Comment évolue la lumière émise par le filament avec la température du filament ?
2. Comment évolue le spectre d’émission du filament avec sa température ?
3. Expliquer l’évolution de la couleur à l’aide
de l’évolution du spectre d’émission.
400
500
600
700
800
longueur
d’onde
en nm
Spectres d’émission d’un filament dont la température augmente (de haut en bas)

Doc 6 : Spectres de deux étoiles.
1. En vous appuyant sur le document 2, rappelez quelle est la
partie d’une étoile qui émet de la lumière visible.
2. En vous appuyant sur le document 4, expliquez pourquoi le
fond coloré du spectre est continu.
3. A l’aide des documents 5 et 6, comparez la température de surface du Soleil et de Vega.
4. Les étoiles ont des couleurs : Bételgeuse est rouge, Rigel est bleue, le Soleil est jaune, Sirius est blanche. Attribuez à
chaque étoile sa température de surface : 3000°C, 5700°C, 8000°C et 10 000°C. Justifiez.
Doc 7 : Spectre d’un filtre vert.
A l’aide d’un réseau, on réalise le spectre d’émission de la lumière blanche émise par la lampe à incandescence d’un
rétroprojecteur. On interpose ensuite sur le trajet de la lumière, avant le réseau, un filtre vert.
1. A votre avis, quelle va être l’allure du spectre observé. Argumentez votre prévision.
2. Vérifiez votre prévision en réalisant l’expérience. Donnez une interprétation du spectre observé. Comment peut-on qualifier un
tel spectre ?
Doc 8 : Spectres de raies d’émission et d’absorption du mercure (Hg).
1. Comparer les radiations émises et absorbées par
une espèce chimique.
2. Sur les planches fournies, comparer les spectres
d’émission de différentes espèces chimiques.
Que remarque-t-on ?
3. Le document 6 montre que les spectres des
lumières émises par les étoiles contiennent des
raies sombres. En vous appuyant sur le
document 2, expliquer à quoi ces raies sont dues.
QUESTION : À partir des données des documents 9 et 10, identifiez
quelques espèces chimiques présentes dans l’atmosphère du Soleil.
1
393
4
422,7
7
466,8
10
495,7
13
526,2
2
396,8
5
434
8
486,1
11
498,2
14
532,8
3
410
6
438
9
491,9
12
516,7
15
537,1
H
656,3
486,1
434
410
Na
589,0
589,6
Mg
470,3
516,7
Ca
422,7
458,2
526,2
527
Ca2+
396,8
Fe
483,3
489,1
491,9
495,7
532,8
537,1
539,7
Ti
466,8
469,1
498,2
Mn
403,6
Ni
508,0
Spectre de la lumière émise par le Soleil (a) et profil spectral correspondant (b)
Spectre de la lumière émise par Vega (a) et profil spectral
correspondant (b)
DOC. 10 : Longueurs d’ondes (en nm) de certaines
radiations caractéristiques de quelques espèces
chimiques.
DOC. 9 : Longueur d’onde (en nm) des principales
raies sombres du spectre de la lumière émise par le
Soleil.