CHAP2 : La lumière des étoiles
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L’UNIVERS Activité expérimentale TP Chap. 4 La lumière des étoiles Spectres lumineux – Que nous disent les étoiles ? Objectifs: Savoir qu’un corps chaud émet un rayonnement continu dont les propriétés dépendent de sa température Interpréter le spectre de la lumière émise par une étoile Utiliser un système dispersif pour visualiser différents spectres Repérer, par sa longueur d’onde dans un spectre d’émission ou d’absorption, une radiation caractéristique d’une entité chimique En 1666, Isaac Newton interprète la lumière du Soleil comme la superposition de radiations de différentes couleurs. Un siècle et demi plus tard, les astronomes découvrent que le spectre de la lumière solaire est en fait plus complexe. ETUDE DE TEXTE : Les messages de la lumière – Couleur et température des étoiles Dans l’Univers, tout brille ! Etroite vision que celle de l’Homme ayant comme seul attribut son œil nu ; pour appréhender le monde. Il ne peut compter que sur la lumière des étoiles. Que le Soleil disparaisse, et Terre et ciel sombreront dans le noir. C’est pourquoi, très tôt, on exploita l’incandescence. Chauffé convenablement, le bois prend feu et la flamme qui en résulte crée un halo de lumière. Des siècles plus tard, c’est le filament d’une lampe portée à incandescence qui éclaire la nuit. Les étoiles émettent de la lumière visible et, à l’œil nu, on peut même distinguer la lueur rouge de Bételgeuse (une étoile dont la température de surface est de l’ordre de 3 000 °C), de l’éclat bleuté de Rigel (plus de 11 000°C). Entre les deux, notre Soleil, jaune, affiche à sa surface une température de 5 000°C. Quelles sont les sources de lumière citées dans le texte ? A partir du texte quelle hypothèse pouvez-vous émettre pour expliquer les couleurs différentes des rayons lumineux émis par les étoiles ? TP3 – Spectres lumineux 1 L’UNIVERS Chap. 4 La lumière des étoiles Pourquoi les étoiles n’ont pas la même couleur ? Comment peut-on analyser la lumière qui nous vient des étoiles Première partie : Comment faire pour décrire les propriétés d’une étoile ? Pourquoi ne peut-on pas effectuer une étude in situ de la composition du Soleil en envoyant une sonde par exemple ? Alors, sur quel phénomène physique s’appuyer ? De quels moyens techniques disposons-nous pour l’analyser ? 1. Décomposition de la lumière - Spectre continu émis par une lampe à incandescence Expérience prof : décomposition de la lumière émise par un rétroprojecteur en utilisant un prisme puis un réseau. Conclusion : Source de lumière blanche Fente Prisme Lentille convergente La lumière émise par un rétroprojecteur peut être décomposée par un prisme ou un réseau, on obtient alors un spectre continu montrant un étalement de couleurs du violet jusqu’au rouge. Ecran Spectre obtenu sur l’écran Le prisme peut être rempla cé par un réseau Une lumière est constituée de radiations. Chaque radiation est caractérisée par une longueur d’onde notée (lambda) : On l’exprime en nanomètre (nm). Pour décomposer une lumière on utilise un système dispersif (prisme, réseau), la figure obtenue sur un écran est appelée spectre. TP3 – Spectres lumineux 2 L’UNIVERS 2. Chap. 4 La lumière des étoiles Spectre d’émissions des corps chauds On branche une lampe à incandescence recouverte d’un papier calque (6 W ; 14 V) aux bornes d’un générateur de tension réglable. On fait varier l’intensité qui traverse le filament de la lampe du maximum au minimum en observant simultanément la couleur de la lumière émise par le filament et l’allure du spectre à l’aide d’un spectroscope . G max Intensité Couleur du filament et de la lumière émise mini …………………….. ……. ……………………………… …………………………………. Allure du spectre à travers le spectroscope (intensité et couleurs) Les différentes allures de spectre que vous devez observer. Attention ! ils ne sont pas dans l’ordre. Aller à l’adresse : http://www.jf-noblet.fr/noir2/noir1.htm Faire le test. 1) Comment évolue la température du filament de la lampe lorsque l’intensité qui traverse le filament augmente ? 2) Que peut-on en conclure sur le spectre lumineux d’un corps fortement chauffé ? Conclusion : Un corps fortement chauffé émet une lumière dont le spectre est ……………………………... Ce spectre ne dépend pas de la composition du corps ; en revanche il dépend de sa ……………………………………………. Lorsque la température du corps …………………………………, la lumière qu’il émet s’enrichit en radiations …………………………. longueurs d’onde : son spectre continu d’émission s’étale davantage vers le ……………………………………………... 3. Spectres de raies d’émission d’un gaz Le professeur branche la lampe spectrale à vapeur de sodium puis celle au mercure. Observer la lampe à travers un spectroscope à réseau. Faire le schéma du montage et reproduire les spectres d’émission à l’aide du lien suivant : Animation : Spectre d’émission : http://www.ostralo.net/3_animations/swf/spectres.swf TP3 – Spectres lumineux 3 L’UNIVERS Chap. 4 La lumière des étoiles Lampe à vapeur de sodium : (Il est préférable de supprimer le fond puisque l’on doit montrer un spectre d’émission). Lampe à vapeur de mercure : Pourquoi décrit-on ce spectre comme un spectre de raies ? Recommencer la manipulation avec une lampe spectrale au mercure. Les spectres d’émission dépendent-ils de l’élément chimique en jeu ? Conclusion : Un gaz porté à haute température sous une faible pression (excité) peut émettre de la lumière composée d’une ou de quelques ……………………… Le spectre est ………………………, il est appelé ………………………………. 4. Spectres de raies d’absorption Faire le schéma du montage et reproduire les spectres d’absorption à l’aide du lien suivant : http://www.ostralo.net/3_animations/swf/spectres_abs_em.swf Réseau Conclusion : Le spectre d’une lumière d’origine thermique qui a traversé un gaz chauffé sous faible pression pr ésente des raies ……………………… qui coïncident avec les longueurs d’onde des radiations que l’entité présente dans le gaz est capable d’………………………………………. Ce spectre est appelé spectre de raies d’……………………………………… Expliquer alors pourquoi il est possible à l’aide de ces spectres d’absorption de connaître la composition de l’atmosphère d’une étoile. http://www.ostralo.net/3_animations/swf/spectres_abs_em.swf TP3 – Spectres lumineux 4
