MESSAGES DES ETOILES / Document accompagnement. Place

MESSAGESDESETOILES/Documentaccompagnement.
Placedansleprogr amme:
DanslapartieMessagesdesétoiles/Applicationàl’astrophysique.
AprèsleT.P.dedécouvertedesdifférentsspectreslumineux,d’émissionetd’absorption.
Ils’agitd’undocumentdeprésentation,enintroductionàl’étudeduspectred’uneétoileréaliséeenT.P.ouactivitéen
classeentière.Denombreuxexemplessontdisponiblessurlenetàpartird’unerecherchedutype :TPspectreétoile(
siteintéressant:http://www.acnice.fr/clea/A12.html).LespectredeRigelestproposéenfindedocument.
Sommairedudiaporama:
Diapositiven°1:Introduction:photodelanébuleused’Orion.Nuagedegazdans lequelseformeungrand
nombred’étoiles.Lesnébuleusessontenquelquesorteles« pouponnièresduciel»
Diapositiven°2:Observationdelaconstellationd’Orionàl’œilnu.Cetteconstellationestvisibledansleciel
d’hiververslesud.Lanébuleuseprécédentesetrouveaucentredelaconstellation.
OrionétaitunguerrierGrecdel’antiquité.Onrepèred’ailleurs« trèsfacilement» :
§ Lesdeuxétoilesduhautreprésentantsesépaules,
§ Lesdeuxétoilesdubasreprésentantsesgenoux,
§ Aucentresetrouvelaceintureetentrelaceintureetlesgenoux,onvoitl’épéedanslaquellesetrouve
lafameusenébuleuse.
Auclic:tracédelaconstellation. ToutescesétoilessontellesidentiquesvuesdelaTerre?
Diapositiven°3: La même constellation, vue à travers un instrument d’optique. On retrouve la constellation
d’Orionàdroitedelatraceblanchâtrequicorrespondàuneportiondenotregalaxie:laVoie
Lactée.
Dans l’épée du guerrier Orion, on voit une tache rouge qui correspond à la nébuleuse vue au début: la
nébuleused’Orion.
Abasàgauche,setrouveSiriusunedesétoileslesplusbrillantesduciel.
Queremarqueton ?Lesdifférentescouleursapparaissent.
Au 1
er clic, deux d’entre elles sont  repérées et nommées: l’une est rouge( Bételgeuse) l’autre est bleue
(Rigel)
Au2
ème clic,laquestionapparaît:Pourquoilesétoilesn’ontellespaslamêmecouleur?
Diapositive n° 4 :FaitréférenceauT.P. précédentoù l’ona établiun lien entre lacouleur et la température
d’unfilamentd’ampoule.
Aucliclalégendeapparaît: Lacouleurvarieenfonctiondelatempératuredufilament .
Diapositiven°5:Spectresdesdeuxétoilesrepéréesprécédemment:BételgeuseetRigel.
Que remarqueton ?Bételgeuse a plus de radiations rouges dans son spectre, alors que celui de  Rigel
présentebeaucoupplusderadiationsbleuesetviolettes.
Aquoiestdueladifférence?

Diapositiven°6:Photomontagedeplusieursétoilesdecouleursdifférentesàmettreencorrespondanceavec
l’indicationmoyennedetempératuredeleursurface.
Aucliclalégendeapparaît: grâceàlacouleur,onauneidéedelatempératuredelasurfacedesétoiles.
Diapositiven°7:Retoursurle SpectredeRigel.
Auclic:Question :Aquoisontdueslesr aiesnoir es?
Diapositiven°8:Structured’uneétoile :PhotopriseparSOHOet« coupe»duSoleil.Lalumièreseforme
danslaphotosphèredel’étoile.
Voir  «composition et fonctionnement d’une étoile»  en bas de page pour  r enseignements
complémentair es.
Diapositive n° 9 : Trajet de la lumière après son émission par l’étoile, de sa surface à l’observateur, avec
traverséedelachromosphère.
Auclic:légendedelapremièrephotopuisdesphotossuivantesautomatiquement
Diapositiven°10:Tableaudeclassificationdesétoiles.
En effet, les spectres des étoiles diffèrent non seulement par la couleur perçue ( longueurs d’onde des
radiations émises ) mais également par le nombre et les positions des raies noires ( longueurs d’onde des
radiationsabsorbées).Onclassedonclesétoilesselonleurspectre.
Compositionetfonctionnementd’uneétoile:
Le cœur de l’étoile ( 50% de sa masse) est le lieu des réactions de fusion nucléaire (des noyaux
d’hydrogène, c’est à dire des protons, s’agglomèrent pour donner des noyaux d’hélium plus gros). Pour le
Soleil, le centre est à 15 millions de °C, la pression est 100 milliards de fois plus grande que celle de
l’atmosphèreterrestre ;chaqueseconde,700millionsdetonnesd'hydrogènesonttransforméesenhélium.La
températurediminuequandons’écarteducentre :à7000000°C,lesréactionsdefusioncessent.
Dans la zone r adiative qui englobent en fait le cœur, l’énergie est transportée par radiation. La
densitéyesttrèsgrande,lesphotonssontralentispardenombreusescollisionsaveclamatière(phénomènes
d’absorptionréémission des photons). L'énergie générée dans le noyau met ainsi un million d'années pour
atteindrelasurface.Latempératurediminuedanscettezonepouratteindre,danslecasduSoleil,2000000°C
danslapartielaplusexterne.Cœuretzoneradiativereprésententenviron98%delamassedel’étoile.
La zone convective, plus externe et moins dense, est le siège de phénomènes de convection : des
bulles de matière chaude montent, se refroidissent et redescendent. La diffusion des photons est alors plus
rapide.PourleSoleil,latempératuredecettezonevariede2millionsà6000°C.
Alafrontièr edelazoneconvectivesetrouvelaphotosphèr e,pr incipalepar tievisibledel’étoile.
Cette frontière virtuelle entre le centre opaque et l’atmosphère de l’étoile n’est épaisse que de quelques
centainesdekilomètres.PourleSoleil,satempératureestde6000°C.Lestâchessombresquiapparaissentsur
laphotosphèrecorrespondentàdeszonesde« basse »température(4000°CpourleSoleil).
Dansla chr omosphèr e, atmosphèrebasse de l’étoile,la températureaugmenteà nouveau( jusqu’à
20000°CpourleSoleil).C’estdanslachromosphèrequenaissentleséruptionssolaires.
Lacouronneenfincorrespondàlacouchelaplusexternedel’atmosphèredel’étoile.Elles’étendsur
uneépaisseurdeplusieursfoislerayondel’étoile.Elleestconstituéedegazdetrèsfaibledensité,portésàune
températuretrèsélevée(jusqu’à1000000°CautourduSoleil).Lamontéedetempératureestliéeàdeseffets
duchampmagnétique.

Exempledespectre:SpectredeRigel
Labandecentraledudocumentprésentsurlapagesuivanteest lespectrede l’étoileRigel :ellecontientuncertain
nombrederaiesnoiresnumérotéesdontonveutconnaîtrelalongueurd’onde.
Pour cela, on utilise un spectre de référence qui a été photographié dans les mêmes conditions que le spectre de
l’étoile. Les traits clairs situés de part et d’autre du spectre de Rigel correspondent à certaines raies d’émission de
l’argonetdontleslongueursd’onde(expriméesennanomètres)sontconnues.
1)Utiliserdeuxraiesassezéloignéesdanslespectredel’argonpourdéterminerl’échelledesspectresennm.cm
1
.
2) Enutilisantcetteéchelle,déterminerleslongueursd’ondedesraiesnumérotéesde1à12danslespectredeRigel :
pourcela,mesurerladistancedelaraieconsidéréeàuneraiederéférenceduspectredel’argonetendéduirel’écart
deslongueursd’onde.Complétezladeuxièmecolonnedutableau.
Remarque:unecertaineimprécisionestinévitabledufaitdesmesures.
3)Utiliserlesrésultatsprécédentsetleslongueursd’onded’émissionpourcompléterlatroisièmecolonnedutableau
aveclesatomesetionsqu’ilestpossibled’identifieraveccertitudedanslespectredeRigel.

Spectr eréaliséavecletélescopede60cmdu
picdumidi
Cidessous,leslongueursd’ondesdesraies
d’émission(ennm)dequelquesatomesouions ;
certainesd’entreellesnesontpasdansledomainedu
visibleetnefigurentpassurcespectre.
· H :656,3486,3434,2410,3397,1
· He :388,9402,6414,4447,1
471,3 492,1501,6504,8587,6
667,8687,2706,1728,1
· He
+:30,3164,1468,6
· Mg :286,2383,2516,7517,3518,4
· Mg
2+:279,5280,3448,1
RAIEN° : Longueur
d’onde
Atomeouion
détecté
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12