TPp 8 Identification d`entités chimiques dans l`atmosphère du soleil

TP de Physique 7
Chapitre n°4 (les spectres : messages de la lumière)
IDENTIFICATION D’ENTITÉS CHIMIQUES
DANS L’ATMOSPHÈRE DU SOLEIL
Objectifs:
♦ Déterminer les longueurs d’onde de certaines raies d’absorption dans une partie du spectre du Soleil.
♦ Identifier les entités chimiques présentes dans la chromosphère, enveloppe gazeuse entourant le Soleil.
INFORMATIONS PRÉLIMINAIRES
La lumière que les étoiles nous envoient peut être analysée à l’aide d’un spectroscope. Cette étude nous
fournit des renseignements précieux sur cet astre.
Les étoiles émettent un spectre continu produit par les régions internes qui sont très chaudes ; le rayonnement
traverse ensuite les régions superficielles qui sont plus froides et jouent le rôle d’un absorbant. Le spectre
d’une étoile se présente donc comme un spectre continu comportant de nombreuses raies noires (raies
d’absorption).
Ce spectre nous renseigne :
Sur la température de l’étoile : plus une étoile est chaude, plus son spectre s’étend sur le violet. On en
déduit de cette manière, la température de surface de l’étoile.
Sur la composition chimique de l’étoile : les raies d’absorption du spectre continu d’une étoile
permettent de déterminer la nature des éléments présents dans les couches superficielles de l’étoile.
De plus, ces raies d’absorption caractéristiques d’un élément sont d’autant plus noires que cet élément
est présent en plus grande quantité.
PRÉSENTATION DES DOCUMENTS
« dès 1814, le physicien allemand Fraunhofer remarque la présence de raies noires dans le spectre du Soleil
Kirchhoff mesure la longueur d’onde de plusieurs milliers de ces raies et montre qu’elles coïncident avec
celles émises par diverses entités chimiques : hydrogène, calcium, cuivre, fer, zinc, …Il publie, en 1861, le
premier atlas du système Solaire. »
Document 1 :
a. En noir et blanc, un extrait du spectre visible du Soleil. Les principales raies d’absorption (repérées par
un numéro) sont représentées par un trait noir.
b. Un extrait du spectre de raies d’émission de l’argon obtenu avec le même spectroscope. Ces raies servent
de référence de longueur d’onde.
Les deux spectres ont été obtenus avec le même spectroscope à réseau. Dans ce cas, la distance entre deux
raies, mesurée sur le spectre, est proportionnelle à la différence entre les longueurs d’onde correspondantes.
Document 2 :
Longueurs d’onde (en nm) de certaines raies caractéristiques de quelques entités chimiques.
EXPLOITATION DES DOCUMENTS
Étude du spectre de l’argon
1. Mesurer les distances L, en mm, entre la raie d’émission de 390 nm et les autres raies.
2. Tracer, sur du papier millimétré, le graphique donnant la longueur d’onde λ en fonction de L pour les
raies d’émission de l’argon (courbe d’étalonnage).
Étude du spectre du Soleil
1. a. Expliquer la différence de nature qui existe entre les deux spectres.
b. Que représentent les raies noires dans le spectre du Soleil ?
c. À quoi sert le spectre de l’argon ?
d. Quel est l’intérêt des travaux de Fraunhofer et de Kirchhoff ?
2. Mesurer les distances en mm, entre la raie d’émission de 390 nm et les différentes raies d’absorption du
spectre du Soleil.
3. En déduire à l’aide de la courbe d’étalonnage, les longueurs d’onde des raies d’absorption du spectre du
Soleil.
4. À partir des données figurant sur le document 2, associer à chaque raie d’absorption l’entité chimique
présente dans l’atmosphère du Soleil.
Document 1:
Document 2 :
Élément chimique
H
Na
Mg
Ca
Fe
Ti
Mn
Ni
Longueurs d’onde λ en nm de certaines raies caractéristiques
410,3
434,2
484,1
556,3
589,0
589,6
470,3
516,7
396,8
422,7
458,2
526,2
527
438,3
489,1
491,9
495,7
532,8
537,1
539,7
466,8
469,1
498,2
403,6
508,0