TP n°3 : Spectres de Rigel et du Soleil

TP n°3 : Spectres de Rigel et du Soleil I. Identification des éléments chimiques présents dans l'atmosphère de Rigel. 1. Quelles sont les caractéristiques de l'étoile Rigel ? 2. Pourquoi observe-­‐t-­‐on un spectre d'ABSORPTION ? 3. Expliquer brièvement comment on va identifier les éléments présents dans l'atmosphère de cette étoile. 4. Mesures sur la photo : • Le curseur mobile permet d'identifier la position en pixels des raies d'absorption • Faire l'étalonnage pour pouvoir faire afficher les longueurs d'ondes mesurées • Effectuer ensuite les mesures des longueurs d'ondes des raies du spectre de RIGEL • Refaire le même travail pour la partie 2 et 3 du spectre • Identifier certains des élément présents dans l'atmosphère de RIGEL parmi ceux indiqués dans le tableau de référence. (Il faut que les longueurs d'onde soient très proches) Raie 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 λ(nm) Elément Raie n° 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 λ(nm) Elément Elément chimique Longueur d’onde (nm) H 656.3 - 486.1 - 410.3 - 434.0 - 397.1
He 728.1 - 706.5 - 667.8 - 587.6 - 504.8 - 501.6 - 492.5 - 471.3 - 447.1 - 414.4 - 404.6 - 388.9
He+ 468.6 - 164.1 - 30.3 Mg 518.4 - 517.3 - 516.7 - 383.2
Mg+ 448.1 - 280.3 - 279.5
II. Fraunhofer et le spectre du Soleil Le rayonnement émis par les étoiles est en première approximation assimilable au rayonnement d’un corps à température élevée. 1. Sans lire le texte, à votre avis, comment sera le spectre de la lumière solaire observée de la Terre ? « Comme toute étoile, le Soleil est une énorme sphère de gaz très chaud qui produit de la lumière. [...] La photosphère (surface du Soleil), bien observable en lumière visible, est à une température d’environ 5500°C. Si le Soleil était sans atmosphère, le spectre de la lumière émise serait continu. En 1814, le physicien allemand J. FRAUNHOFER remarque dans le spectre du Soleil une multitude de raies noires. L’existence de ces raies d’absorption est due à la présence d’une atmosphère autour du Soleil, appelée chromosphère, et s’étendant sur 2000 km d’épaisseur environ. Les atomes présents dans cette chromosphère « interceptent » leurs radiations caractéristiques qui seront donc absentes du spectre vu depuis la Terre. Entre 300 nm et 700 nm, il existe plus de 20000 raies répertoriées. Cette atmosphère est constituée de gaz sous faible pression. L’analyse spectrale permet de connaître la composition chimique détaillée et précise du Soleil. Tous les éléments connus sur Terre y sont présents, certains à l’état de trace. » Extrait de « L’astronomie » de Michel MARCEUN 2. Quelle(s) zone(s) doit franchir la lumière du Soleil avant d’arriver sur Terre ? 3. Quelle découverte Fraunhofer a-­‐t-­‐il faite en 1814 ? 4. Expliquer pourquoi l’atmosphère du Soleil empêche d’observer un spectre continu. 5. Comment déterminer les éléments présents dans la chromosphère du soleil ? On réalise le spectre d’émission de l’argon grâce à une lampe contenant ce gaz et d’un spectroscope. On réalise le spectre du Soleil avec le même spectroscope que pour l’argon ; il faut ensuite identifier les raies noires afin d’en connaître la longueur d’onde. Comment ferais-­‐tu ?