Thème : Univers Synthèse TP.3 : Analyse de la lumière d`une étoile
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2nde Thème : Univers Synthèse TP.3 : Analyse de la lumière d’une étoile 1. Le spectre d’une étoile : Les connaissances sur la structure des étoiles proviennent uniquement de l’analyse du rayonnement que nous en recevons. Une étoile peut être considérée comme une boule de gaz sous haute pression. La température de l’étoile passe de plusieurs centaines de millions de degrés au centre à quelques milliers de degrés en surface. La plupart des étoiles comportent une atmosphère constituée d’un gaz sous basse pression. 2. Une étoile familière : Le Soleil Le spectre de la lumière du Soleil est la superposition de deux spectres : Un spectre d ‘émission continu et un spectre de raies d’absorption. Conséquences : La présence du spectre d’émission continu montre que le Soleil est un corps chaud. La présence des raies noires d’absorption indique que le Soleil est entouré d’une couche extérieure gazeuse constituée d’atomes et d’ions. 3. Structure du Soleil : Comme toute étoile le Soleil est une énorme sphère de gaz très chauds qui produisent de la lumière. Le cœur de l’astre est si dense que la lumière transportant l’énergie libérée par les réactions nucléaires met environ 1 million d’années pour parvenir à la surface du Soleil. La surface du Soleil est appelée la Photosphère. La température de la photosphère est de l’ordre de 104 °C. L’existence de raies d’absorption est du à la présence d’une atmosphère autour du Soleil : on l’appelle la chromosphère, elle est constituée de gaz sous faible pression avec des régions où la température atteint 5 500 °C. Entre 300 nm et 700 nm, il existe plus de 20 000 raies répertoriées. L’analyse spectrale permet de connaître la composition chimique détaillée et précise du Soleil. Les éléments les plus abondants : H : 78,4 % en masse et He : 19,6 % en masse. 4. Température de surface d’une étoile : On peut faire le classement des étoiles selon leur température de surface et leur couleur. La couleur d’une étoile traduit sa température. Une étoile bleue est plus chaude qu’une étoile jaune. Exercices d’application Exercice.1 : 1. Les longueurs d’onde de deux sources lumineuses émises sont : 1 = 480 nm et 2 = 580nm. L’une est jaune et l’autre est bleue. Faire correspondre à chaque couleur sa longueur d’onde. Justifier 2. Convertir la valeur suivante en μm : = 480 nm. 3. Un élève observe deux étoiles la nuit. L’une est bleue, l’autre rouge. Il dit : l’étoile bleue est moins chaude que l’étoile rouge. A-t-il raison ? Proposer une explication scientifique ? 2nde : Univers 1/2 Exercice.2 : Un cœur gros (et chaud) comme ça ! Lire attentivement le texte ci-dessous, et répondre aux questions : « Il y a des étoiles de toutes les couleurs. C’est une histoire de _______________ à la surface de l’astre. Le fer dans la forge devient rouge quand sa température s’élève entre 700 °C et 1000 °C. Si on continue à le chauffer, son spectre initialement riche dans le domaine des radiations rouge-orange, s’enrichit dans les radiations _____________. Il passe par toutes les couleurs de l’arc en ciel. N’importe quel corps porté à une température donnée, indépendamment de sa composition, prend une teinte précise. La température fixe la couleur, quel que soit le corps : rouge jusqu’à 3000 °C, jaune comme le Soleil à ________, bleue comme _________________ à 20 000 °C. La masse d’une étoile détermine sa température. Les astres massifs, dont le champ de gravité est plus important, doivent pour se stabiliser avoir une température plus élevée. La pression thermique, en compensant la gravité, leur assure l’équilibre. Plus une étoile est massive, plus son noyau central est chaud et plus sa température superficielle grimpe. Par exemple, le cœur jaune du soleil est à 15 millions de degrés Celsius tandis que celui de la bleue Sirius est à 40 millions de degré Celsius environ. Les grosse étoiles sont bleues, les petites rouges ou jaunes. Du moins au début de leur vie » D’après Hubert REEVES (Sciences et Avenir – N°693bis – Novembre 2004) Questions : répondre sur le polycopié 1. Dans ce texte issu d’un article d’Hubert Reeves, certains mots ont été effacés lors de l’impression. En utilisant la figure ci-dessus, compléter les trous du texte. 2. De quelle(s) couleur(s) le spectre d’un corps chaud émettant de la lumière s’enrichit-il, lorsque sa température augmente ? 3. Le spectre représenté ci-dessus est-il un spectre d’émission ? d’absorption ? continu ? de raies ? 4. De quelle grandeur physique très courante, la température d’une étoile dépend-elle ? Quelle phrase du texte l’indique ? 5. Exprimer la valeur de la température du cœur du Soleil en notation scientifique. Quel est son ordre de grandeur ? 6. Quelle est l'étoile la plus massive, Sirius ou le Soleil? Justifier. 7. Le Soleil fait-il partie de la famille des « petites étoiles » ou de la famille des « grosses étoiles » ? Justifier. 2nde : Univers 2/2
