La tête dans les étoiles….
publicité
La tête dans les étoiles…. Objectifs : - utiliser nos connaissances sur la lumière pour en déduire des informations sur le cosmos - trier des informations à partir de plusieurs documents - produire un raisonnement scientifique argumenté Attention, les parties indiquées « cours » sur le côté, sont à recopier dans le cahier dans la partie III- applications à l’astrophysique du cours Messages de la lumière I- la structure du soleil • • Le soleil est une étoile de diamètre 1,4.106 km. Combien de fois est il plus gros que la terre ? Depuis la terre , il nous apparaît comme une petite « boule de feu » mais il possède une structure interne beaucoup plus compliquée que son aspect ne nous le laisse supposer .Le schéma suivant nous donne un aperçu de cette structure : Cœur thermonucléaire C O U R S II- - Au niveau du cœur , il ne subsiste que les noyaux d’atomes d’helium et d’hydrogène qui fusionnent entre eux dégageant une énergie équivalente à plusieurs milliers de bombes atomiques par seconde. - La partie qui nous éclaire est la photosphère, mince pellicule de gaz (une centaine de kilomètres) chauffée par le cœur thermonucléaire . le spectre de lumière émis par cette couche est un spectre thermique donc continu (comme une lampe à incandescence). Température de surface du soleil 1- émission de lumière par un corps chauffé réaliser le montage suivant : Rhéostat de 10Ω permettant de faire varier l’intensité du courant + Fente Prisme Ecran Lampe : plus l’Intensité du courant est grande, plus la lampe brille 1 en faisant varier la résistance du rhéostat , le courant varie de 0 à Imax et le filament s’échauffe donc de plus en plus. Faire l’expérience et noter les observations.Appelez le professeur pour lui en faire part ! Conclure : Quel est le rôle du prisme ? Compléter le texte à trous : Un corps chauffé émet une lumière dont le spectre est …………… La lumière s’enrichit en radiations de ………… longueur d’onde quand la température de la source augmente. 2- loi de Wien Cette loi rend compte de la conclusion précédente. Elle donne le lien entre la longueur d’onde émise correspondant au maximum d’intensité et la température du corps qui a émis cette lumière : λm.T = 2760 µm.°C Sachant que la photosphère solaire émet de façon plus intense les longueurs d’onde autour de 500 nm, nous allons déterminer la température de la photosphère du soleil : Convertir 500 nm en µm . Rappel : 1µm = 10-6 m et 1 nm = 10-9 m Utiliser la loi de wien (encadré ci dessus) pour en déduire la température T de la photosphère. III- Eléments chimiques présents dans la couche externe du soleil 1- spectre d’absorption C O U R S • si l’on interpose sur le trajet de la lumière des substances (ex : fer , hydrogène à l’état gazeux) , certaines longueurs d’onde de cette lumière sont absorbées par ces substances. Les substances réemettent des radiations de la même longueur d’onde mais dans une autre direction que la lumière principale . Nous ne voyons donc pas ces longueurs d’onde depuis les satellites d’observation du soleil. • La lumière provenant du soleil est une lumière polychromatique dont les longueurs d’onde vont de 300 nm jusqu’à 900 nm. Tout le spectre visible est donc présent ainsi que la lumière IR et UV. Cependant cette lumière , émise par la photosphère traverse la chromosphère qui est constitué de gaz de substances plus ou moins complexes. Ces substances absorbent certaines longueurs d’onde . Par conséquent le spectre de la lumière solaire présente des raies sombres (longueurs d’ondes absorbées) qui permettent d’identifier les substances présentes dans la chromosphère. Vous utiliserez ici le spectre solaire en couleur projeté au tableau Trouver l’échelle du document : ……. cm sur le document projeté ↔ ……. nm pour le spectre Identifier les longueurs d’onde des raies présentes dans le spectre solaire. Ecrire les calculs faits et compléter le tableau ci dessous 2- données astrophysiques On vous fournit dans l’annexe , les raies d’émission caractéristiques des différents éléments avec les longueurs d’onde associées . 2 Raie N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Position (en cm sur le document projeté) de la raie par rapport à la graduation 400 nm Longueur d’onde calculée pour la raie λ (nm) Atome ou ion présent dans la chromosphère du soleil et responsable de cette raie d’absorption compléter la 4ème ligne du tableau en s’aidant du document donné en annexe donné par le professeur résumer en énumérant les éléments chimiques présents dans la chromosphère solaire. COURS IV- Le soleil : une étoile parmi d’autres 1- classement des étoiles Quand on lève la tête au ciel un beau soir d’automne , on peut voir des milliards et des milliards d’étoiles : des rouges, des bleus , des blanches et toutes les autres… Les astronomes cherchent à classer toutes ces étoiles différentes. a- diagramme d’Hertzsprung-Russel Il s’agit d’un diagramme permettant de classer les étoiles en fonction de leur luminoisité et de leur température de surface. Voir l’exemple donné sur transparent par le professeur …ou manuel de sciences physiques de seconde , edition BREAL , page 72. b- classement en « type spectral » Le document ci dessous fournit une définition des différents types spectraux des étoiles : Type de l’étoile Caractéristiques du spectre de l’étoile O Raies caractéristiques de l’hélium (neutre et ionisé) et de l’hydrogène B Les raies de l’hydrogène sont plus intenses que dans le type O. De nouvelles raies de l’hélium apparaissent et une raie de l’ion Mg+ A Spectres dominés par les raies de l’hydrogène. Il n’y a plus de raie de l’hélium.Celles du calcium ionisé apparaissent F Les raies de l’hydrogène sont encore intenses mais moins que dans le type A. certaines raies fines de métaux apparaissent. G Les raies du calcium dominent dans l’ultra violet. On perçoit quelques raies de l’hydrogène. Celles du fer sont sont assez intenses. Il y a de très nombreuses raies fines de métaux. K Les raies de l’hydrogène ont disparues.Les raies métalliques sont plus nombreuses et plus intenses. M Raies du calcium intenses et présence de raies caractéristiques de la présence de groupements moléculaires TiO. déterminer à quel type spectral appartient le soleil. 2- la vieillesse du soleil C O U R S Le soleil est une étoile jeune : pas plus de 5 milliard d’années ! Trois fois rien à l’échelle de l’âge de l’univers (15 milliards d’années .). de la même façon que chacun d’entre nous vieillira , prendra des cheveux blancs , se courbera lentement sous le poids des ans au point d’avoir un jour besoin d’une canne, le soleil , lui aussi vieillira et finira par mourir. La différence c’est que dans 60 ans , chacun d’entre nous sera déjà bien vieux , alors que le soleil , c’est dans 4 ou 5 milliards d’années qu’il deviendra assez vieux pour changer d’aspect physique . Le soleil ne restera pas éternellement jaune et avec la même taille : il va devenir beaucoup plus gros , au point de “dévorer la terre”. Mais en grossissement il se refroidira et deviendra donc rouge . Plus tard encore il se tassera sur lui même devenant alors beaucoup plus chaud (donc tendant vers le bleu) puis il finira par mourir . Recopier le schéma du manuel de sciences physiques de seconde , edition BREAL , page 72 décrivant schématiquement l’avenir du soleil. 3 4
