Spectre du soleil - pages de sciences physiques

TP Physique
Seconde
Les Messages de la Lumière
Spectre du soleil
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Objectifs :
Montrer des spectres d’absorption et identifier des espèces chimiques présentes dans l’atmosphère
du Soleil.
Exploiter une courbe d’étalonnage
Réinvestir la notion de fonction affine
I- Le message des étoiles
- Voir le diaporama
- Rappels :
Spectres d’absorption
Un spectre d’absorption est un spectre obtenu en analysant la lumière transmise (qui a traversé) une substance
éclairée en lumière blanche
- Spectres de raies d’absorption. Voir cours
- Spectres de bande d’absorption voir cours et tp précédent
II- Applications à l’Astrophysique.
1) principe
La surface chaude des étoiles émet une lumière dont le spectre est continu. Certaines radiations de cette lumière
blanche traversant l’atmosphère de l’étoile sont absorbées par des atomes qui y sont présents. On obtient le spectre
d’absorption de l’étoile.
La couleur de l’étoile permet de déterminer sa température de surface.
2) but de l’exercice
C’est de déterminer les longueurs d’onde de certaines raies d’absorption dans une partie du spectre du Soleil pour
identifier certaines entités chimiques présentes dans la chromosphère, enveloppe gazeuse qui entoure le Soleil.
3)- Document.
Dès 1814, le physicien allemand Fraunhofer remarque la présence de raies noires dans le spectre du Soleil Kirchhoff
mesure la longueur d’onde de plusieurs milliers de ces raies et montre qu’elles coïncident avec celles émises par
diverses entités chimiques : hydrogène, calcium, cuivre, fer, zinc, …Il publie, en 1861, le premier atlas du système
Solaire. »
Document. 1
Le document, représente :
En noir et blanc :
- un extrait du spectre visible du Soleil. Les principales raies d’absorption (repérées par un numéro) sont représentées
par un trait noir.
- Un extrait du spectre de raies de l’argon obtenu avec le même spectroscope. Ces raies servent de référence de
longueur d’onde.
- Les deux spectres ont été obtenus avec le même spectroscope à réseau.

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III- Exploitation du document.
a)- Étude du spectre de l’argon.
Mesurer la distance L, en mm, entre la raie d’émission de 390 nm et les autres raies d’émission.
- Compléter le Tableau 1 ci dessous
Longueur d’onde λ en nm 390
Distance L en mm 0
b)- Étude du spectre du Soleil.
-Mesurer les distances L, en mm, entre la raie d’émission de 390 nm et les différentes raies d’absorption du spectre du
Soleil. Remplir la ligne correspondante du tableau 2. ci dessous
numéro 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Distance L
mm
Longueur
d’onde λ nm
c) Questions.
1/ Que représentent les raies noires dans le spectre du Soleil de Fraunhofer ?
2/ Quel est l’intérêt des travaux de Fraunhofer et de Kirchhoff ?
3/ À quoi sert le spectre de l’argon ?
4/ Expliquer la différence de nature qui existe entre les deux spectres.
5/ Tracer sur papier millimétré, le graphique donnant la longueur d’onde λ en fonction de L pour les raies d’émission
de l’argon. En déduire une relation simple entre ces deux grandeurs.
- Compléter la dernière ligne du tableau 2.
- À partir des données figurant dans le tableau ci-dessous, associer à chaque raie d’absorption l’élément chimique
présent dans l’atmosphère du Soleil.
Document 2
Éléme
nt
chimiq
ue
Longueurs d’onde  en nm de certaines raies caractéristiques
H 410,3 434,2 484,1 556,3
Na 589,0 589,6
Mg 470,3 516,7
Ca 396,8 422,7 458,2 526,2 527,0
Fe 438,3 489,1 491,9 495,7 532,8 537,1 539,7
Ti 466,8 469,1 498,2
Mn 403,6
Ni 508,0
III. Température de surfaces des étoiles
F lus un corps est chaud plus il émet de lumière dans les courtes longueurs
d'ondes.
La loi de Wien rend compte de ce phénomène et le modélise par la relation
suivante dans laquelle λmax représente la longueur d'onde du rayonnement le
plus intense du spectre continu : λmax = 2,9. 10-3 / T
Le spectre continu de la lumière solaire présente un maximum d'intensité
lumineuse dans le vert comme le montre la courbe de la figure ci-contre.
Calculez la valeur approximative de la température de surface du Soleil.