Rayonnements dans l`univers I. Les sources de rayonnement II

Chap. A1
Rayonnements dans l’univers
I. Les sources de rayonnement
1- Définition
Un rayonnement est une propagation d’énergie émise par une source. Il peut être décrit de façon
particulaire si l’énergie s’accompagne de la propagation de particules, ou par un rayonnement
électromagnétique si l’énergie se déplace seule.
2- Rayonnements et particules.
Les flux de particules circulant dans l’univers
se déplacent à très grande vitesse, elles
constituent le rayonnement cosmique. Il y a
les particules élémentaires : électrons,
neutrinos, quarks ; et des assemblages de
particules élémentaires : protons, neutrons, les
noyaux, ou encore les photons (toutes ces
particules proviendraient de l’explosion
d’étoiles très massives, des supernovas).
Tous les objets célestes émettent des
rayonnements dus à des phénomènes
physiques, d’origines diverses :
- le rayonnement synchrotron provient de
l’interaction de particules chargées et d’un
champ magnétique (de l’infra rouge aux
rayons X),
- les rayonnements d’origine thermiques vus
en première
-le rayonnement de freinage ou
Bremsstrahlung est un rayonnement
électromagnétique à spectre large créé par le
ralentissement de charges électriques.
(Lorsqu'une cible solide est bombardée par un
faisceau d'électrons, ceux-ci sont freinés et
déviés par le champ électrique des noyaux de
la cible. Or, selon les équations de Maxwell,
toute charge dont la vitesse varie, en valeur absolue ou en direction, rayonne, cela crée un flux de
photons dont le spectre en énergie est quasiment continu).
II. Détecteurs d’ondes et de particules
1- Principe
Pour étudier les rayonnements, on utilise des dispositifs qui comportent une surface réceptrice, pour
intercepter le rayonnement et le diriger vers un détecteur, qui le transforme en une grandeur physique
mesurable
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2- Détecteurs d’ondes.
L’œil est un détecteur naturel d’ondes, dans le domaine très restreint du visible, les capteurs (cônes et
bâtonnets) transforment l’information en signal électrique transmis au cerveau par les nerfs.
Un capteur CCD est un capteur électronique qui utilise l’effet photoélectrique, la libération d’électron
par certains matériaux exposés à un rayonnement, à chaque type de détecteur on associe une sensibilité
spectrale.
3- Détecteurs de particules.
Le compteur Geiger détecte les particules émises lors des désintégrations radioactives.
On peut détecter des particules en étudiant les effets de leurs interactions avec d’autres particules,
comme la chambre à brouillard pour détecter les particules chargées comme des muons.
III. Absorption des rayonnements
1- L’atmosphère.
L'atmosphère terrestre désigne l'enveloppe gazeuse entourant la Terre solide. L'air sec se compose de
78,08 % de diazote, 20,95 % de dioxygène, 0,93 % d'argon, 0,039 % de dioxyde de carbone et des
traces d'autres gaz. L’atmosphère peut interagir aves le rayonnement cosmique pour créer des
particules secondaires, comme les muons, très abondantes au niveau de la mer.
2- Conditions d’observation.
Les divers rayonnements se propagent dans le vide et dans la matière où il peut y avoir interaction,
l’énergie transportée par le rayonnement peut être absorbée par la matière d’où le nom d’absorption du
rayonnement. Cette absorption est une propriété importante de l'atmosphère. Différentes molécules
absorbent différentes longueurs d'onde de radiations. Par exemple, l'O2 et l'O3 absorbent presque toutes
les longueurs d'onde inférieures à 300 nanomètres. L'eau (H2O) absorbe la plupart des longueurs d'onde
au-dessus de 700 nm, mais cela dépend de la quantité de vapeur d'eau dans l'atmosphère.
Quand les spectres d'absorption des gaz de l'atmosphère sont combinés, il reste des « fenêtres » de
faible opacité, autorisant le passage de certaines bandes lumineuses. La fenêtre optique va d'environ
300 nm (ultraviolet-C) jusqu'aux longueurs d'onde que les humains peuvent voir, la lumière visible
(communément appelé lumière), à environ 400–700 nm et continue jusqu'aux infrarouges vers environ
1100 nm. Il y a aussi des fenêtres atmosphériques et radios qui transmettent certaines ondes infrarouges
et radio sur des longueurs d'onde plus importantes. Par exemple, la fenêtre radio s'étend sur des
longueurs d'onde allant de un centimètre à environ onze mètres.
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3- Astronomie spatiale.
Pour observer l’univers, nous devons capter tous les rayonnements, nous utilisons des satellites
artificiels avec des instruments d’observation, se situant hors de l’atmosphère terrestre et pouvant
fonctionner pendant de longues périodes de façon automatique.
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