Mission Enseignement et Education à l`OCA
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UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière 1 une première rencontre avec l'astronomie éléments pour illustrer le cours : chapitre 4 lumière Yves Rabbia, astronome Observatoire de la Côte d'Azur, [email protected] 04 93 40 53 59 UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière lumière « messagère des astres » approche intuitive et definition de travail representations caracterisation contenu informatif et exploitation en astro 2 UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière Lumière, premiere approche 3 une définition : nous appelerons Lumière un phénomène de transport d'énergie et/ou d'information entre deux points de l'espace, y compris l'espace vide. ! vitesse dans le vide : 300 000 km / s Attention : la lumière ce n'est pas seulement ce que détecte l'œil (on y reviendra) comment décrire ce phénomène ? quel modèle utiliser ? on cherche des concepts physiques et un formalisme mathématique qui rendent compte des propriétés observées En particulier de la transmission d'énergie entre un émetteur et un récepteur (notions de stimulus et de réponse au stimulus) UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière Lumière : c'est quoi ? c'est ce qui nous permet de voir (?) cette réponse intuitive est très insuffisante en fait la lumière n'est qu'un élément d'une chaine voir : c'est quoi ? nerf optique stimulus energie pour l'instant contentons nous de dire : oeil cerveau mémoire la lumière, c'est de l'énergie qui arrive sur l'œil voir, c'est recueillir et traiter l'information portée par cette energie mais l'energie c'est quoi ??? 4 UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière question : energie , c'est quoi ?? l'energie une notion abstraite, qui a donné naissance à une grandeur physique Pour notre propos, ici nous dirons c'est ce qui est capable de modifier l'état d'un « récepteur » recepteur avant recepteur après 0 1 + Energie 5 UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière 6 ! nos sens : des chaines de détection la description précédente s'applique aux autres organes des sens source des stimuli stimulus energie stimuli transport source stimulus oreille peau langue nez signal influx nerveux capteurs cerveau mémoire gestion des données capteur réponse enregistreur ordinateur UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys la vision : principe Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange _1 capteurs juxtaposés (rétine) chaque capteur change d'état (ou pas) notre cerveau code et rassemble les réponses image = tableau de nombres chap 4 lumière 7 UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys la vision : principe Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange _2 une image, un tableau de nombres : il y a un lien direct le cerveau reçoit un ensemble de nombres qu'il sait ranger en un tableau reproduisant la disposition des capteurs de la rétine: 0000000 1110111 1111111 0011100 0011100 0000000 en affectant un motif à chaque nombre (exemple : 0 blanc, 1 noir) le cerveau fabrique une image et l'enregistre, et c'est cela que nous appelons image vue chap 4 lumière 8 UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière comment la lumiere transporte-t-elle de l’energie ? deux concepts sous-jacents : rayons et fronts d’onde une représentation intuitive : trajectoire, rayons de lumière propagation rectiligne attention : intuition insuffisante non applicable en espace courbe et aux distances cosmologiques une autre représentation intuitive: idée de front d'énergie qui s'étend et se dilue dans l'espace comme des vagues qui s’étendent sur l’eau 9 ! UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange une synthèse des intuitions initiales rayon les rayons illustrent la direction de propagation de l'énergie portée par les fronts ici, l'intuition conduit à dire ! capteur source front d’onde les rayons sont localement normaux aux fronts d'energie ( démontré avec théorème de Malus) on y reviendra 10 chap 4 lumière UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière des représentations successives pour la lumière ( à grands traits) de l'antiquité au 17eme siècle rayons lumineux commode, intérêt pratique, mais pas de modèle physique associé 11 ! 17eme et 18eme siècles modèle physique, vision mecaniste (Newton) lumière formée de corpuscules, les rayons représentent les trajectoires mais contradictions avec l'experience, comportements inexpliqués 18eme et 19eme siècles modèle physique, lumière = onde Huyghens, Young, Fresnel, Arago, Maxwell, ..... 20eme siècle resurgence du modèle corpusculaire : les photons (Einstein) grosses difficultés pour concilier ces deux derniers modèles on a introduit la dualité onde-corpuscule (deBroglie) mais ce n'est pas satisfaisant parlerait-on de dualité cercle-rectangle à propos d'un cylindre ? 20eme siècle : synthèse avec les quantons électrodynamique quantique ( ni onde ni photon) UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière quel modèle retenir ? 12 ! ça dépend de ce qu'on veut décrire les rayons : modèle empirique, pas de concept physique en soutien propagation rectiligne en milieu homogène, retour inverse, reflection, refraction, diffusion optique géométrique (lentilles, miroirs, ...) ==> localisation et forme des images modèle ondulatoire : concept de champ électromagnétique dispersion, diffraction, interférences, surface d'onde, formation des images, couleurs, cohérence, polarisation modèle corpusculaire : le photon, objet quantique émission, absorption, interaction matière lumière en bref : source photons émission milieu traversé ondes propagation récepteur photons absorption UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange synthese pictorielle et abusivement simpliste explications à l’oral chap 4 lumière 13 UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange 14 chap 4 lumière comment se figurer les différents modèles rayon juste une commodité opératoire pas de modele physique en soutien onde électromagnétique E A influence reciproque entre champ electrique et champ magnetique et propagation résultante photon comme un projectile avec une trajectoire et vehiculant de l'énergie H P UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange 15 chap 4 lumière paramètres clef associés aux modèles lumière décrite par des ondes amplitude A fréquence ! période temps n: nbre de périodes par seconde (nbre d’oscillations) unité Hertz ou s-1 energie recueillie : E = A2 x temps de pose ( lumière visible : 3. 1014 Hz) (unité : joule) lumière décrite par des photons energie recueillie avec un photon h = constante de Planck : E = h.n joule 6 . 10-34 Joule.seconde la couleur que nous percevons dépend de la frèquence UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange 16 chap 4 lumière indice de réfraction : ça va moins vite ! ! dans un milieu matériel (transparent) l’energie avance moins vite que dans le vide la frequence ne change pas la longueur d’onde est raccourcie le ralentissement est quantifié par l’indice optique « n », ou indice de réfraction il caracterise le milieu : dans le vide n=1 dans un milieu materiel n > 1 effet de l’indice optique « n » dans le vide : vitesse c ( 300 000 km /s) dans le milieu d’indice n : vitesse v = c/n lmilieu = lvide/n UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière L’indice de refraction depend de la longueur d’onde nbleu > nrouge « bleu » va moins vite que « rouge » n dépend du milieu 17 UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys illustration : Yves Rabbia, influence de l'indice lmilieu = lvide/n et v = c/n UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière (encore une couche ! ) 18 dans le milieu matériel la longueur d’onde est plus courte on avance au meme rythme que dans le vide mais avec des pas plus petits distance un peu comme à velo : ça monte, on change de braquet pour garder le meme rythme de pedalage entre deux points si on traverse un milieu matériel propagation distance n distance parcourue B le trajet et le temps de parcours sont plus longs chemin geometrique L chemin optique n.L A vitesse c/n t1 t2 temps UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière La Lumière, paramètres clefs suite recapitulative vitesse de propag : dans le vide 19 ! c = 3.108 m/s, dans un milieu matériel v = c/n où intervient ce qu'on appelle l'indice optique "n" toujours > 1 (il agit donc comme un frein) fréquence n: pour le vide (par extension ) n = 1 elle ne dépend pas du milieu où a lieu la propagation longueur d'onde l : longueur de propagation pendant une période elle dépend du milieu , par l'intermédiaire de l'indice "n" dans le vide l = c / n = vitesse/frequence et dans un milieu matériel lmilieu= lvide/n UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière l'information portée par la lumière propagation rectiligne distribution spectrale de puissance c'est-à-dire comment est répartie la puissance sur les diverses fréquences la polarisation : 20 ! localisation angulaire de la source distribution spatiale d'intensité lumineuse physionomie de la source observée composition chimique de la source composition chimique du milieu traversé température puissance totale émise processus physico chimiques mouvements et champs de vitesses anisotropie du milieu émissif et des milieux traversés d'une manière générale la lumière nous renseigne sur la source et sur les milieux qu'elle traverse UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière propagation rectiligne : refraction, reflexion, diffusion refraction ! reflexion i' i incident réfléchi n diffusion r réfracté 21 UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange 22 chap 4 lumière outil basique pour guider les rayons ! Lois de Snell-Descartes, 1625 rayons dans le même plan appelé : plan d'incidence i=i' sin i = n. sin r en passant du vide au milieu le rayon refracté s’approche de la normale au dioptre r<i i réfléchi incident n i' r réfracté 23 avec la réfraction .....on redécouvre l'optique géométrique UNSA_2012-2013 incident n i UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière empilement de prismes d'angles appropriés la déviation augmente avec i' réfléchi l'angle d’arrivée (angle d’incidence) point de convergence r réfracté faisceau de rayons parallèles front d'onde foyer foyer front d'onde axe principal distance focale nous reviendrons là-dessus à propos des instruments UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière mais il y a aussi la refexion .....utilisation de miroirs vision intuitive et phenomenologique : incident i i' réfléchi on considère le miroir comme localement plan au point d’impact du rayon incident C Centre de courbure Foyer 24 UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière distribution spectrale de puissance lumineuse : les couleurs, le spectre de la lumière visible observation aujoud'hui familière, (Newton, 18eme siecle) trouvez l’erreur décomposition de la lumière blanche la lumière transporte plusieurs couleurs 25 ! UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange une remarque on associe ou bien 26 chap 4 lumière ! longueur d'onde et couleur fréquence et couleur couleur : ça fait penser à la lumière visible mais le phénomène lumière a une unité physique qui dépasse largement sa manifestation visible Il couvre un éventail de fréquences, bien plus étendu que celui que perçoit notre œil cet éventail est le spectre électromagnétique UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière spectre electromagnétique : éventail des "couleurs" échelle horizontale en mètres domaine perçu par l'oeil 27 ! qui décide des limites des domaines ?? UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière 28 spectre electromagnétique : autre présentation la fréquence augmente la longueur d'onde augmente ! UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange pourquoi aller chercher hors du visible ? chap 4 lumière 29 certains comportements de la lumière ne se manifestent que hors du visible on peut dire que selon la longueur d'onde ce n'est pas le même objet que l'on regarde (processus physiques différents) domaine visible plusieurs domaines en infrarouge domaine X naissance d'étoiles (infrarouge) des images en radio ?? trocoul UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière 30 et d'où vient la lumière ? sources naturelles, sources artificielles mais d’une manière générale et en raccourci (on y reviendra) : très schématiquement la lumière ( photons) resulte de l’interaction entre particules dites « elementaires » au sein de reactions nucleaires les photons et les particules produits interagissent avec des atomes et des molecules ceux-ci peuvent alors être modifiés (transitions entre niveaux d’energie) ainsi que leurs vitesses (agitation) ce qui élève la temperature du milieu la temperature du milieu est aussi source de rayonnement UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière sources naturelles de lumière attention , distinction à faire source réelle ou réflecteur ? 31 UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière 32 sources artificielles de lumière titre de la premiere diapo UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange 33 chap 4 lumière distribution spectrale de puissance lumineuse comment se distribue l'énergie lumineuse d'une source en fonction de la fréquence (ou de la longueur d'onde) ?? pas pareil selon le mode de fabrication du rayonnement ! ! P(l) ? l trois exemples très souvent rencontrés rayonnement quasi monochromatique ( laser) : quasiment une seule longueur d'onde raies spectrales d'éléments chimiques : spectre discret le rayonnement thermique : spectre continu laser HeNe éléments chimiques thermique UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière spectres : un moyen puissant pour le décodage des messages de la lumière Joseph von Fraunhofer 1787_1826 decouverte raies d'absorption dans le spectre du rayonnement du soleil mais aussi Wollaston, 1802 Gustav Robert Kirchhoff 1824-1887 interpretation de la formation des raies d'absorption dans le spectre du soleil (details plus loin) ouverture d'un nouveau moyen d'étude : naissance de l'astrophysique (?) 34 UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière coup de bol : la photographie arrive à la même époque que la spectro Joseph Niepce 1765-1833 Louis Daguerre John W. Draper 1811_1882 1787-1851 1826 1840 c'est vraiment avec l'association spectro+photo que l'astrophysique prend son essor (images et spectres) 35 UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière quelques illustrations de l'exploitation de la spectro 36 ! "spectro" à l'oeil : couleur des corps ( absorption selective) "spectro" grossière : photométrie temperature de surface spectroscopie : raies d'absorption présence d'éléments chimiques spectrométrie plus fine: décalage des raies spectrales (effet doppler) analyse du mouvement des sources : velocimétrie étoiles doubles, exoplanètes cartographie de notre galaxie en radio profil des raies spectrales conditions physiques temperature, rotation de la source (doppler), gravité distances, .... UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière spectro «à l’œil » absorption selective, couleur des corps 37 ! la plupart des corps que nous voyons ne fabriquent pas la lumière que nous en recevons (exemple la Lune ou le pull de la copine ) Ils renvoient vers nos yeux une partie de la lumière qu'ils reçoivent par ailleurs Une partie seulement, car ils absorbent l'autre partie (une sorte de taxe de passage) et surtout ils absorbent différement les uns des autres . Pourquoi les cerises sont rouges ? et pourquoi les petits pois sont verts ? cerise petit pois mais les petits poissons rouges ? oui, oui, d'accord UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange 38 chap 4 lumière spectro presque à l’œil : photometrie grossière couleur et température : plus chaud plus bleu ! courbes de Planck spectres de rayonnement thermique ! ! si on connaît la longueur d'onde du maximum de la courbe de Planck (observation) l .T 3000 mm.K° max la loi de Wien nous donne une estimation de T (on y reviendra) UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière exemple : spectres stellaires, physionomie générale un profil de base et des « motifs » affectant ce profil profil de base : sorte de gaussienne distordue (courbe en cloche déformée, courbe de Planck) signature du rayonnement de type thermique motifs spectraux : raies spectrales : signature des éléments présents et signature des conditions physiques 39 ! thermique 40 illustration pour distribution spectrale (raies spectrales) UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière spectres continu et discret avec émission et absorption ( Kirchhoff) ! ça c'est un spectre observé sur étoile (l, intensité) (échelle verticale logarithmique) UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière illustration pour distribution spectrale (suite) interprétation des raies spectrales d'absorption en astro 41 ! plusieurs millions de K quelques milliers de K le gaz « froid » de la périphérie de l'étoile chaud froid absorbe à diverses longueurs d’onde particulières la lumière venant de l’interieur UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière spectro : chaque élément a un spectre de raies qui le révèle 42 ! carrément comme des empreintes digitales ou comme un "code barre" Sodium Hydrogene Calcium Mercure Neon UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière un sacré fouillis à analyser pour reconnaitre "qui est qui" 43 UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière L ’effet Doppler : signature d'une vitesse radiale une raie spectrale doit se trouver à lsource dans le spectre mais on l'observe décalée à lobs = lsource +Dl le décalage spectral Dl est lié à la vitesse de la source ( sa projection sur la ligne de visée) par la relation : Dl / lsource = v / c = z le paramètre z est appelé le décalage doppler (ou doppler shift) Attention : le paramètre z peut conduire à exhiber des vitesses proche de celle de la lumière et la relativité doit être prise en compte; la relation pertinente est alors : 1+z = sqrt((1+v/c)/(1-v/c)) v : composante radiale composante transversale V: vecteur vitesse de la source 44 UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière l'effet Doppler fonde la vélocimétrie : 45 le mouvement des raies spectrales est la signature d'une vitesse radiale variable message de l ’étoile, carte d ’identité, code barre décalage spectral temps temps Longueur d’onde UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière doppler fizeau en "live" ci-contre c'est étoile et compagnon faible (planète ?) les deux tournent autour du centre de gravité commun c'est la lumière de l'étoile qu'on observe la planète n'est pas assez brillante pour être observable crédit E. Pecontal, obs. Lyon 46 UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière autre apport de l'effet doppler la rotation des étoiles révélée par le profil des raies spectrales 47 pour l'étoile en rotation une partie vient vers nous l'autre partie s'éloigne P(l) les raies venant de chaque partie sont décalées par le mouvement P(l) l l le profil de la raie subit un élargissement dépendant de la vitesse de rotation et corrélativement par conservation de l'energie on a : elargissement reduction de la profondeur 48 un exemple avec la rotation de Saturne et de ses anneaux UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange noter le profil en ligne brise (pente exagérée sur ce dessin) on isole par une fente une partie de l'image et on disperse s'approche s'éloigne chap 4 lumière 49 cartographie doppler de la voie lactée (radio astronomie) UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange exploitation de l'effet doppler avec la raie spectrale de l'hydrogène l= 21 cm (domaine radio) vitesse orbitale chap 4 lumière mais il faut un modèle de rotation et tenir compte du mvmt du soleil vitesse radiale vitesse orbitale vitesse orbitale vitesse radiale vitesse radiale centre galactique UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière parlons un peu d'énergie : 50 ! comme les rides sur l'eau, après un "plouf", l'énergie initiale se dilue avec la lumière, l'énergie initiale se répartit sur la surface sphérique 4.p.R2, la surface d'onde (et les rayons ??) R Quand la sphère s'agrandit, l'énergie se conserve mais l'unité de surface sur la sphère voit varier en 1/R2 l'énergie qui lui parvient UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange exercice : un peu de calcul, pas de panique ! la puissance qui sort du soleil est de l'ordre de 4.1026 watts cette puissance se dilue dans l'espace sur une sphère en arrivant sur la Terre la puissance s'est répartie sur la sphère dont le rayon est R = 1 Unité Astro (1.5 1011 m) La surface de cette sphère est S = 4p.R2 ce qui donne S = 4p x 2.25 x 1022 m2 soit environ 3.1023 m2 Quelle puissance reçoit une surface "s" de 1 m2 sur Terre ??? Elle reçoit la fraction : 1/(3.1023) de la puissance sortant du Soleil ce qui donne 51 chap 4 lumière Pcollectée = 4.1026 / 3.1023 watts soit 1.3 kW !! consommation de deux fers à repasser(?) ou de 13 ampoules de 100 W R UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys question Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange 52 chap 4 lumière ! la puissance qui sort du soleil est de l'ordre de 4.1026 watts cette puissance se dilue dans l'espace sur une sphère R d'où sort ce nombre ??? plusieurs déterminations l'une est en fait la démarche précedente prise à l'envers on doit connaitre la distance, on mesure la puissance collectée et on corrige des effets de l'atmosphère les autres : plus tard, méthodes fondées sur les propriétés communes à diverses classes d'étoiles UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys alors : energie solaire ?? Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière 53 oui, mais.... l'atmosphère réduit la puissance disponible (une partie non négligeable du rayonnement solaire est absorbée) notre calcul suppose une surface disposée perpendiculairement à la direction du soleil durée d'exposition limitée à qqs heures par jour et collection d'energie limitée par les conditions atmosphériques energie disponible inferieure à l'energie collectee (rendement des installations) mais tout de même ça vaut le coup ( soleil gratuit pour encore 5 milliards d’années) UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys illustrations pour deux propriétés de la lumière propagation rectiligne diffusion Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière 54 UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys la propagation rectiligne, c'est déjà pas rien chronométrage des éclipses diametres relatifs Terre, Lune déjà vu sténopé, (chambre obscure) do it yourself ! Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange baton de Jacob chap 4 lumière séparations angulaires catalogue Hipparque distance relative Terre-Soleil triangulation 55 UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange le sténopé un moyen - rudimentaire - de donner une représentation de la scène observée (pas tout à fait une image) chap 4 lumière 56 ! UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière 57 intermède pour la diffusion : un exemple de la vie courante la nuit, on éclaire la route avec les phares de la voiture, on voit mieux la route par temps sec que par temps de pluie, pourquoi ? Quand la route est sèche, elle diffuse (elle renvoie de l'energie dans toutes les directions) et donc vers le conducteur quand elle est mouillée, la route "fait miroir", elle diffuse moins, la majeure partie de la lumière reçue subit une reflexion "speculaire" il en reste moins pour le conducteur en revanche on voit mieux les reflets sur la route des phares et des feux arrières des voitures devant nous UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière autres exemples de la vie courante 58 comment ça marche ? soleil rouge au couchant, nuages pourpres, lune rousse ciel bleu, nuages blancs (ou gris) une même réponse : diffusion faites l'experience : un verre d'eau opalisée avec une goutte de lait (ou de pastis ? très leger alors, ou sirop d'orgeat) de profil on voit une couleur bleutée du coté source à travers le liquide on voit une lumière rougeâtre UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière ciel bleu : ça marche comment ? 59 diffusion par les molécules présentes dans l'air le bleu est dévié sur le coté, il est diffusé le bleu ne vient pas jusqu'ici le rouge va tout droit ici on voit plutôt du bleu UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière rouge au couchant ou au lever : c'est juste la suite attendue 60 soleil ou lune, bas sur l'horizon traversent beaucoup d'atmosphère la lumière nous arrive privée de bleu : il reste le rouge l'atmosphère la terre hors de la direction du soleil c'est plutôt la lumière diffusée qui vient vers nous ça donne le bleu du ciel ! UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière et les nuages ? diffusion encore ! certains diffusent toutes les couleurs de la même façon (diffusion par les goutelettes) on reçoit toutes les couleurs on voit donc du blanc d'autres diffusent toutes les couleurs mais absorbent aussi on ne reçoit que du gris 61 bleu du ciel UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière 62 nuages pourpres au crépuscule : une question d'altitude à cette altitude on voit le soleil pas encore au couchant donc lumière pas trop rougie à cette altitude on voit le soleil rouge au couchant d'ici on ne voit déjà plus le soleil d'ici on ne voit plus le soleil d'ici on voit la lumière diffusée par une superposition de nuages recommandation : lire "soleil couchant" , José Maria de Heredia et "harmonie du soir", Baudelaire UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange 63 chap 4 lumière lumière : récapitulons contenu informatif, et exploitation en Astronomie ! ! direction de propagation : positions , forme apparente des astres distribution spectrale : deux aspects forme globale (continuum) : puissance, température, absorption interstellaire écarts locaux (raies spectrales) : conditions physico-chimiques, température, vitesses polarisation : milieux anisotropes (magnétisme, matière circumstellaire) et aussi ____________________________________________________________ variabilité temporelle de puissance : pulsation, cataclysmes, binarité cohérence : temporelle (distribution spectrale) spatiale (dimensions apparentes) Rappel : la lumière reçue nous renseigne sur la source ET sur les milieux traversés zones périphériques de la source milieu interstellaire, milieu intergalactique atmosphère terrestre UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière 64 un point sur la situation nous voilà donc munis de quelques renseignements qui vont aider à comprendre par où et comment nous pouvons obtenir des connaissances sur les objets de l'univers en d'autres termes : comment décoder les messages portés par la lumière et ensuite ? UNSA_2012-2013 UEL_rencontre avec astron/astrophys la suite ? Yves Rabbia, UNSA OCA Lagrange chap 4 lumière il nous faudra introduire une sorte de trousse à outils conceptuelle d'usage fréquent en astro 65 puis nous partirons de l'expérience accessible quotidien et à l'oeil nu ce qui nous conduira à introduire la description de diverses observations et à l'interprétation de divers phénomènes puis nous aurons un intermède sur les eclipses puis, pour aller plus loin dans l'investigation nous nous interesserons aux instruments d'observation il nous faudra ensuite établir une sorte de kit pour construire l'univers ambition pire grave ? nous verrons bien ( mêm' pas peur ! )
![tract CONSTRUIRE ENSEMBLE UN MEILLEUR CE[...]](http://s1.studylibfr.com/store/data/002761894_1-d767a64cc90c7404bce4342d72885c26-300x300.png)
