U2 - Etude de l`étoile GLIESE - SECONDE

U2 - Etude de l’étoile GLIESE
PARTIE 1 : COMPOSITION DE LA CHROMOSPHERE DE L’ETOILE GLIESE
Les zouzous ont profité de leur voyage sur Terre pour faire une analyse spectrale de
leur étoile à l’aide d’un spectroscope.
L’objectif de cette analyse est de renseigner sur la composition chimique, soit du
corps qui émet la lumière (spectre d’émission), soit du milieu qui a été traversé par
cette lumière et en a absorbé une partie (spectre d’absorption).
I. Découverte de la spectroscopie – les spectres de raies
En effet, lorsque les atomes ou les ions d’un gaz, sous faible pression, sont excités
soit par chauffage soit par décharges électriques, ces entités peuvent émettre de la
lumière : le spectre obtenu est composé d’un nombre limité de radiations
monochromatiques bien distinctes, qu’on visualise sous forme de raies.
Un spectroscope est un système dispersif comme le prisme ou
les réseaux qui permet de décomposer la lumière en ses
différentes radiations. Par exemple, la décomposition de la
lumière blanche par un prisme donne le spectre ci-contre.
1. Observez à l’aide d’un spectroscope le spectre de raies d’émission d’une lampe
à néon ou d’une lampe à sodium et reproduisez le.
2. A votre avis, pourquoi la lumière des lampes au sodium nous apparait jaune-
orangé ?
A chacune des raies du spectre est associée une radiation lumineuse caractérisée par
une grandeur bien précise appelée « longueur d’onde », allant de 400 nm pour le
violet à 700 nm pour le rouge.
Longueur
d’onde en nm
405
408
436
492
496
546
577
579
623
691
Couleur
Violet
Bleu
Vert
Jaune
Orange
Rouge
3. Donner un encadrement de longueurs d’onde des radiations émises par la lampe
au sodium.

La lumière émise par l’étoile GLIESE traverse l’atmosphère de cette étoile avant de
parvenir au spectroscope des zouzous. Les gaz constituant cette atmosphère vont
alors absorber certaines radiations : les radiations absorbées sont de même
longueur d’onde que celles que le gaz émettrait s’il était chaud.
Par exemple, le spectre obtenu lorsque la lumière
blanche traverse une flamme contenant du
sodium (expérience de Kirchhoff, voir schéma ci-
contre) est le suivant :
a. Spectre d’émission du sodium
b. Spectre d’absorption du sodium
4. Quelle est la couleur des raies d’absorption obtenues ?
5. En comparant les spectres d’absorption et d’émission du sodium, expliquer
pourquoi l’analyse d’un spectre d’absorption permet d’identifier le gaz qui a été
traversé par la lumière.
6. Quel serait le spectre d’absorption correspondant au néon ?
Vérification : http://www.ostralo.net/3_animations/swf/spectres_abs_em.swf
II. Etude de l’Etoile GLIESE
Les zouzous obtiennent le cliché suivant :
Pour pouvoir exploiter ce cliché, les zouzous ont emportés avec eux une référence
réalisée avec le même spectroscope : le spectre d’émission de l’argon.
Les deux spectres juxtaposés, ci-dessous, ont la même échelle de longueur d’onde.
Quatre raies très fines intriguent les zouzous, il s’agit peut-être d’un élément inconnu
dans leur atmosphère !
Spectre d’émission de l’Argon :
Spectre de l’étoile de GLIESE :

1. Le spectre de l’étoile GLIESE est-il un spectre d’émission ou d’absorption ?
Justifier.
2. Le spectre de l’argon est-il un spectre d’émission ou d’absorption ? Justifier.
3. Les zouzous n’ont pas encore identifié les gaz responsables des raies
d’absorption numérotées de 1 à 6. A toi de les aider !
Proposez une démarche permettant de déterminer les entités chimiques
gazeuses responsables des raies non identifiées.
Tableau des longueurs d’onde, en nm, absorbées ou émises par quelques
entités chimiques gazeuses :
Eléments
chimiques
Hydrogène
(H)
Hélium
(He)
Sodium
(Na)
Magnésium
(Mg)
Calcium
(Ca)
Fer
(Fe)
Titane
(Ti)
Manganèse
(Mn)
Nickel
(Ni)
Longueur
d’onde 
en nm
397
410
434
486
656
402
447
502
587
668
706
589
590
470
517
397
423
458
526
527
438
489
492
496
533
537
540
467
469
498
404
508

PARTIE 2 : TEMPERATURE DE LA PHOTOSPHERE DE L’ETOILE GLIESE
L’analyse spectrale de la lumière provenant des étoiles montre
également un fond continu coloré (non visible sur le cliché en noir
et blanc étudié précédemment) d’origine thermique renseignant
sur la température de surface de l’étoile appelée photosphère.
I. Spectre continu d’émission des corps chauds
En effet une étoile peut être assimilée à une
boule de gaz très chaud et sous haute pression.
Un corps chaud émet un rayonnement continu,
c'est-à-dire un rayonnement où toutes les
radiations d’un certain intervalle de longueurs
d’onde sont présentes.
http://phet.colorado.edu/sims/blackbody-
spectrum/blackbody-spectrum_en.html
Comme montre le graphe ci-contre, plus la
température est élevée, plus le spectre contient des radiations de faibles longueurs
d’onde (violet-bleu). A l’inverse, quand le fond se situe surtout dans les longueurs
d’onde correspondant à un rayonnement rouge, c’est que la température de l’étoile
est plus faible (de l’ordre de 103 °C).
Température de la surface de l’étoile
(en °C)
Plage de longueurs d’onde d’intensité
maximale (en nm)
1 000 – 2000
1 000 – 4 000
2 000 – 3 200
350 – 2 500
3 200 – 7 000 (cas du soleil)
180-900
7 000 – 10 000
100-500
1. Observez le spectre d’une lampe à incandescence dont on fait varier l’intensité
du courant la traversant pour augmenter progressivement la température du
filament.
2. Décrivez l’évolution du spectre observé à travers le spectroscope lorsque la
température du filament augmente et dessinez le spectre de la lumière blanche.
Fig.a et b : Spectre d’émission continu
à deux températures différentes

3. Depuis la Terre, en observant les étoiles, les zouzous remarquent que certaines
leur paraissent bleues et d’autres plutôt oranges (images ci-dessous). En vous
appuyant sur vos observations précédentes, expliquez ce phénomène et
comparer les températures de ces étoiles.
II. Température de GLIESE
La lumière émise par la photosphère de GLIESE, donne le spectre continu ci-dessous.
Pour plus de précision sur la température de GLIESE, les zouzous enregistrent
également l’intensité en fonction de la longueur d’onde de la lumière émise par leur
étoile.
1. De quelle couleur apparait l’étoile de GLIESE depuis la Terre ? Justifier votre
réponse en vous référant aux mesures réalisées par les zouzous.
2. Comparer la température de cette étoile à la température de notre étoile, le
soleil.
DEVOIR MAISON : Les messages codés du soleil – livre Bordas page 261