Titre de l`exercice - Académie de Toulouse

Banque d’exercices – Académie de Toulouse
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Titre de l’exercice
Quand alpha Centauri s’emmêle
Niveau
Classe de seconde
Thème
Univers
Sous-thème
Les étoiles
Pré-requis
Elément chimique, ion monoatomique, longueur d’onde, raie
d’émission et spectre de raies
Compétences attendues
(Colonne de droite du BO)
Compétences/Capacités travaillées
(préambule du BO)
- Repérer, par sa longueur d’onde dans un
spectre d’émission ou d’absorption une
radiation caractéristique d’une entité chimique
- Interpréter le spectre de la lumière émise par
une étoile : température de surface et entités
chimiques présentes dans l’atmosphère de
l’étoile.
- Mobiliser ses connaissances
- Rechercher, extraire et organiser
l’information utile
- Émettre une hypothèse.
- Argumenter
- Raisonner

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Enoncé
Le graphique ci-dessous montre un extrait du spectre du soleil, comparé à celui de l'étoile
alpha Centauri, entre les longueurs d'ondes 128,7 nm et 130,7 nm. Il représente l’intensité
spectrale en fonction de la longueur d’onde . Le spectre du soleil a été enregistré par le
spectrographe SUMER embarqué sur le satellite SOHO lancé en 1995. Le spectre de l'étoile
α Centauri fut enregistré par le spectrographe STIS couplé au télescope spatial Hubble.
.
Chaque pic correspond à une raie d’émission d’une entité chimique présente dans la photosphère
de l’étoile. Les entités chimiques qui émettent dans ce domaine de longueur d’ondes sont des
atomes ou des ions positifs. Les ions sont repérés par leur symbole suivi d’un chiffre romain (I, II,
III).
Source : The SUMER spectral atlas of solar-disk features, W. Curdt, P. Brekke, U. Feldman, K. Wilhelm, B. N. Dwivedi, U. Schühle, et
P. Lemaire,http://culturesciencesphysique.ens-lyon.fr/XML/db/csphysique/metadata/LOM_CSP_Spectre-UV-soleil.xml
1- Vocabulaire scientifique :
Définir le mot « photosphère ».
2- Analyse des spectres du Soleil et d’alphaCentauri :
2-1 Préciser si la photosphère du soleil et d’alpha Centauri comportent, d’après le graphique, les
mêmes entités chimiques ? Justifier.
2-2 Nommer les principaux éléments chimiques présents dans la photosphère de ces deux étoiles
2-3 Déterminer les valeurs des longueurs d’onde des raies émises par l’oxygène ionisé, noté O I
sur le graphique.
3- Pour aller plus loin : justification des conditions expérimentales
3.1 Indiquer à quel domaine appartient les radiations dont la longueur d’onde dans le vide est
comprise entre 128,7 nm et 130,7 nm ?
3.2 En déduire pourquoi les spectres n’ont pas été enregistrés directement depuis la Terre.

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Correction
1- Vocabulaire scientifique :
La photosphère est la couche de gaz qui constitue la surface visible des étoiles,, en particulier du
Soleil, et où se forment la plupart des raies spectrales depuis l'ultra-violet jusqu'à l'infrarouge.
2- Analyse des spectres du Soleil et d’alphaCentauri
2-1 Les deux spectres présentent les mêmes positions des pics correspondant aux raies
d’émission. La photosphère des deux étoiles comporte les mêmes entités chimiques.
2-2 Les principaux éléments chimiques présents dans la photosphère de ces deux étoiles sont :
le carbone C, le fer Fe, le Silicium Si le soufre S et l’oxygène O
2-3 On repère sur le graphe les pics portants les indications O I (oxygène ionisé), il y en a 3. Leurs
positions correspondent aux valeurs de longueurs d’onde successives 1302, 1305 et 1306 Å, soit
130,2 nm, 130,5 et 130,6 nm.
3- Pour aller plus loin …
3.1 Il s’agit des ultra-violets « profonds » (inférieur à 200 nm)
3.2 L'atmosphère terrestre est totalement opaque pour les rayonnements ultra-violets de
longueurs d'ondes inférieures à 200 nm. C'est donc grâce aux satellites astronomiques qu’on
observe les raies des astres en ultra-violet lointain.
4- Compléments scientifiques :
 Site de l’ENS Lyon : http://culturesciencesphysique.ens-lyon.fr/XML/db/csphysique/metadata/LOM_CSP_Spectre-
UV-soleil.xml
 Information sur le spectre du Soleil : http://www.educnet.education.fr/orbito/pedago/soleil/soleil2.htm