TSc : Observer 04_03 : propriétés des ondes DE L`EFFET

TSc : Observer 04_03 : propriétés des ondes
DE L’EFFET DOPPLER-FIZEAU AUX EXOPLANETES
(D’après Hands On Universe)
En astronomie, l’analyse du spectre de la lumière émise par un astre permet de déceler un décalage en fréquence par rapport
au spectre obtenu en laboratoire. Ce décalage est dû au fait que l’astre se déplace par rapport à la Terre. Si l’astre se rapproche
de la Terre, la fréquence augmente (décalage vers le bleu) ; elle diminue si l’astre s’éloigne (décalage vers le rouge)
L'observation directe d'une planète extrasolaire est très difficile : la lumière en
provenance de son étoile éblouit la caméra et empêche, sauf cas rares, de voir
la planète. Par contre, il est possible de voir les effets de la révolution d'une
planète autour de son étoile. En effet, pendant que la planète fait le tour de son
étoile (1 an pour la Terre autour du Soleil), cela induit un léger déplacement de
Exoplanète
l’étoile car elle tourne autour du centre de gravité de l’ensemble {étoileexoplanète}*.
G
Cet effet est détectable à l'aide de la spectroscopie grâce à
L'EFFET DOPPLER, en étudiant le spectre de l’étoile.
Etoile
* http://media4.obspm.fr/exoplanetes/pages_outil-barycentre/barycentre.html
BO : Utiliser des données spectrales et un logiciel de traitement d’images pour illustrer l’utilisation de l’effet Doppler comme moyen
d’investigation en astrophysique
Sur une page Word : spectres 1 et 7 alignés / Analyse spectrale de 1.dat / 2 tableaux avec les valeurs de  pour I
minimun/la courbe Regressi de v =f(t)
I – DEPLACEMENT DES RAIES DU SPECTRE DE L’ETOILE AU COURS DU TEMPS :
On étudie11 spectres d’une étoile pris à des dates différentes. En première approximation, l’intervalle de temps moyen séparant la
prise de deux spectres consécutifs est de 1 jour
 Application Lycée logiciel « salsa J » / menu fichier : ouvrir poste de travail disque C  program files salsa_J2 le
dossier « .fit_1 » sélectionner les 11 images .fit  les ouvrir menu « images » puis « piles » puis « transférer images dans
Pile »
 Cliquer à nouveau sur « images » puis « piles » puis « démarrer animation »
1) Quel type de spectre est-ce ?
2) Quelle propriété des ondes explique ce décalage ?
 Fermer (croix)  fichier ouvrir « 1.fit » et « 7.fit »  aligner les spectres l’un sous l’autre  Word
3) Identifier les raies d’absorption les plus marquées : que remarquez-vous ?
II – DETERMINER EXPERIMENTALEMENT LA VITESSE DE DEPLACEMENT DE L’ETOILE PAR RAPPORT A UN
OBSERVATEUR TERRESTRE :
Pour cette étude on utilisera le dossier « .data » contenant les analyses spectrales des spectres précédents
 menu fichier : ouvrir « spectre1_o54.dat» Word
4) Quelles sont les grandeurs en abscisse et en ordonnée ? Quelle est l’unité de mesure en abscisse ?
 En utilisant le curseur estimer les valeurs de  des raies d’absorption les plus marquées :
(1 = 0,1 nm)
= ………… nm et
= ………. nm
 Puis cliquer « liste », déterminer avec précision (7 CS) les longueurs d’onde des 2 raies d’absorption les plus marquéesWord
= ……………… nm et
= ……………… nm
Ces raies correspondent à deux raies du spectre du sodium qui constituent le doublet du sodium :
et
5) A quelle couleur correspondent ces raies ?
6) Lors de la prise du spectre 1, l’étoile s’éloignait-elle ou se rapprochait-elle de l’observateur terrestre ?
7) Calculer la vitesse V de déplacement de l’étoile par rapport à l’observateur, on rappelle que :
avec
III – CALCUL DE LA VITESSE DE L’ETOILE SUIVANT LA LIGNE DE VISEE :
On considère que l’étoile possède une vitesse de révolution constante autour du centre de gravité.
8) Schématiser le vecteur vitesse aux
différentes positions de l’étoile.
C
Ligne de visée
B
9) Afin de faire apparaître la vitesse
suivant la ligne de visée (grandes
flèches) décomposer les vecteurs
vitesse en : une composante
perpendiculaire à la ligne de visée et
une composante parallèle à la ligne de
visée.
D
A
E
F
10) En quelles positions la vitesse (de déplacement par rapport à l’observateur) suivant la ligne de visée serait égale à la vitesse
(de révolution) de l’étoile ?
11) En quelles positions la vitesse suivant la ligne de visée serait nulle ?
12) Indiquer la portion de la trajectoire de l’étoile pour laquelle la vitesse suivant la ligne de visée est positive
13) Indiquer la portion de la trajectoire de l’étoile pour laquelle la vitesse suivant la ligne de visée est négative
14) Le signe de la vitesse calculée en 6 confirme t-il qu’il s’agit d’une vitesse d’éloignement ?
IV – VARIATION DE LA VITESSE DE L’ETOILE SUIVANT LA LIGNE DE VISEE :
 Compléter le tableau en vous aidant du logiciel Salsa et des spectres
)en nm
Spectre
Date t en j
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
0
0,97
1,97
2,94
3,97
4,88
5,92
6,96
7,98
8,97
10,0
589,0496
589,0491
589,0305
589,0014
588,9815
-5,46
-5,41
-3,55
-0,64
1,35
-27,8
-27,6
-18,1
-3,3
6,9
588,9643
588,9764
589,0056
589,0318
3,12
1,86
-1,06
-3,68
15,9
9,5
-5,4
-18,7
 A l’aide du tableur « Régressi », tracer le graphe V = f(t)  Word
V – MOUVEMENT DE L’ETOILE PAR RAPPORT A L’OBSERVATEUR TERRESTRE.
En utilisant le graphique,
15) Déterminer à quelle vitesse maximale l’étoile s’éloigne-t-elle de nous ? Indiquer sur le schéma la position de l’étoile pour
cette vitesse
16) Déterminer à quelle vitesse maximale l’étoile s’approche-t-elle de nous ? Indiquer sur le schéma la position de l’étoile pour
cette vitesse
17) Donner la valeur de la période de révolution de l’étoile autour du centre de gravité de l’ensemble {étoile-exoplanète}.