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Physique 2nde – 2007/2008
Chapitre 6 : Les messages de la lumière : les spectres
TP: La lumière nous renseigne sur les étoiles
b) Spectre et température : la loi de Wien
1) Le message des étoiles
Voir diaporama
2) Quelle est la composition chimique du Soleil ?
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...
a) Identifier des éléments chimiques grâce aux raies d’absorption
L’activité 4 p.197 présente un extrait du spectre de la lumière solaire reçue à la
surface de la Terre.
 De quoi est composé le spectre d’une étoile ?
 On détermine les longueurs d’ondes des raies du spectre solaire et on en déduit
les éléments présents dans l’atmosphère solaire à partir des longueurs d’onde
des raies caractéristiques de quelques éléments chimiques.
n°
 (nm)
élément
n°
 (nm)
élément
1
393
?
9
492
Fe
2
396
Ca
10
496
Fe
3
410
H
4
422
Ca
11
497
Ti ou Fe
5
434
H
12
517
Mg
6
438
He
13
527
Ca
7
467
Ti
14
533,2
Fe
8
486
H
15
537
Fe
Plus 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 max représente la longueur d'onde du rayonnement le plus intense du
spectre continu : max = 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.
 Cette valeur est-elle compatible avec celle
que vous avez trouvée lors de l'analyse du
spectre de raies d'absorption ?
Annexe : 5 classes d’étoiles
Type
Température et
couleur
A
7,5 à 11103 K
blanche
Dominé par les raies de l'hydrogène qui atteignent leur maximum
d'intensité. Les raies de l'hélium ont disparu. Celles du calcium
apparaissent.
F
6 à 7,5103 K
jaune-blanche
Les raies de l'hydrogène sont encore intenses et certaines raies
fines de métaux apparaissent.
G
5 à 6103 K
jaune
Les raies du calcium dominent à la limite du violet. On perçoit
encore quelques raies de l'hydrogène. Celles du fer se sont
nettement renforcées. On note la présence de très nombreuses
raies fines de métaux.
K
3,5 à 5103 K
orange-jaune
M
< 3,5103 K
rouge
b) Y a-t-il une anomalie dans le spectre analysé ?
A l'extrémité rouge du spectre visible du soleil on peut voir une raie (non visible
sur la figure p.197) correspondant à une absorption par le dioxygène moléculaire.
 Y aurait-il du dioxygène à la surface du Soleil ? Justifiez.
 Comment peut-on interpréter la présence de cette bande d'absorption ?
3) Température de surface du Soleil ?
a) A quel type d'étoiles appartient le Soleil ?
On classe les étoiles en sept catégories selon leurs caractéristiques. Cinq de ces
catégories sont décrites dans le tableau ci-dessous.
 Dans quelle catégorie spectrale se trouve le Soleil ? Justifiez.
 Déduisez-en la température approximative en surface du Soleil.
Caractéristiques spectrales
Les raies de l'hydrogène ont pratiquement disparu. Les raies
métalliques sont plus nombreuses et plus intenses.
Les raies du calcium atomique et ionisé sont intenses. On note
également des bandes de raies caractéristiques de la présence de
groupements moléculaires TiO.
Physique 2nde – 2007/2008
Chapitre 6 : Les messages de la lumière : les spectres