Rayonnements dans l`univers: absorption et détection

Rayonnements dans l'univers: absorption et détection
I) Atmosphère et rayonnements dans l'Univers.
Par quels moyens nous parviennent les informations qui nous font connaître l'Univers?
La Terre reçoit de toutes les directions de l'espace des rayonnements électromagnétiques ainsi qu'une pluie
de particules qui constitue le rayonnement cosmique. Si ce flot ininterrompu n'était pas en grande partie
arrêté par l'atmosphère, ses effets destructeurs interdiraient toute vie.
Ces rayonnements et ces particules sont les seuls supports des informations qui nous parviennent de
l'Univers (distances, vitesses, constitution des étoiles ou des autres objets célestes).
Dans la deuxième moitié du XX° siècle, l'invention du radiotélescope, sur le modèle du radar, puis la
possibilité d'envoyer des télescopes spatiaux au-delà des couches denses de l'atmosphère, ont permis aux
astronomes d'exploiter beaucoup plus largement le domaine des ondes électromagnétiques.
1) Que représente la grandeur portée en ordonnée sur la figure ci-dessus? Préciser notamment la
signification 0 % et 100 % pour les points ayant cette ordonnée.
2) Quelle grandeur est représentée en abscisse? Expliquer comment est construite l'échelle utilisée.
3) Nommer les domaines de rayonnement électromagnétiques représentés par les lettres A, B, C et D.
4) Quel est le lien entre les illustrations (instruments d'observation) et leur position sur la représentation
graphique?
5) Donner les domaines de longueur d'onde des rayonnements électromagnétiques en provenance de
l'Univers qui peuvent être étudiés directement avec des instruments au sol. Nommer ces instruments.
6) Préciser à quels domaines des ondes électromagnétiques ces rayonnements appartiennent.
Lire et comprendre un document écrit (texte, graphique, tableau,
spectre, signaux de capteurs…).
Formuler une ou plusieurs hypothèses pertinentes.
Utiliser les outils informatiques et numériques : enregistrements sonore
et vidéo, conception d’un poster ou d’un diaporama.
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Info
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Résol
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II) Les sources de rayonnement.
Tous les objets célestes peuvent révéler leurs propriétés grâce aux rayonnements qu'ils émettent. Quelles
sont les sources de ces rayonnements?
Les quatre clichés ci-dessous sont des photographies de la galaxie d'Andromède prises par différents
télescopes dans des domaines de longueur d'onde variés:
1) Quelles zones, dont les détails sont masqués en lumière visible, apparaissent clairement sur les
clichés dans les autres domaines de longueur d'onde?
2) Le rayonnement UV est associé à des zones très chaudes. Où se trouvent ces régions dans la galaxie
d'Andromède?
Lorsque les astronomes étudient un objet céleste
inconnu, ils n'observent pas nécessairement une
photographie prise par un télescope mais plutôt des
graphiques représentant l'intensité du rayonnement
électromagnétique émis en fonction de la longueur
d'onde. Ce type de graphique est appelé "courbe
d'intensité spectrale" ou plus simplement "spectre"
comme le montre la fig 1.
Fig 1: Spectre d'un objet céleste
L'étude de ces spectres permet aux astronomes de repérer la présence des différentes sources de
rayonnements issus de cet astre. En effet, les spectres des phénomènes physiques se produisant couramment
dans les astres ont des allures reconnaissables:
Une courbe en forme de pic est
généralement causée par un rayonnement
d'origine thermique. Les particules
constituant l'astre s'agitent lorsque la
température augmente et libèrent de
l'énergie sous forme de rayonnement.
Plus la température est élevée, plus les
longueurs d'onde associées à ce
rayonnement sont courtes.
Cette courbe est habituellement causée
par un rayonnement dit "de freinage". Il
est produit lors d'interactions entre des
électrons et des ions présents dans les
nuages de gaz.
Plus la densité en ions du nuage est
élevée, plus les longueurs d'onde
associées à ce rayonnement sont courtes.
Une courbe décroissante est causée par
un rayonnement synchrotron. Il se
produit lorsque des électrons se
déplaçant à grande vitesse rencontrent un
fort champ magnétique.
Plus la vitesse des électrons et l'intensité
du champ magnétique sont élevées, plus
les longueurs d'onde associées à ce
rayonnement sont grandes.
Domaine visible

3) Associer aux zones du spectre de l'objet, numérotées de  à  un des noms suivants:
Visible, infrarouge, ultraviolet, radio, X.
4) Cet objet, s'il est suffisamment grossi, pourra-t-il être observé par l'œil humain (justifier)?
5) Identifier les sources de rayonnement qui apparaissent dans les portions de courbe (a), (c) et (d).
6) Déduire trois propriétés physiques de l'objet étudié.
7) L'objet étudié est une supernova. En effectuant une recherche, éventuellement sur internet, montrer
que cette appellation est cohérente avec les trois propriétés précédentes.
III) Rayonnement et énergie
Animation proposée par Météo France:
http://education.meteofrance.com/jsp/site/Portal.jsp?page_id=15663&document_id=26633&portlet_id=8732
1
1) Barre dans le four:
 Quelle est la couleur de la lumière la plus émise par la barre vers 700°C?
 Qu'en est-il vers 1000°C?
 Conclure quant à la corrélation entre la température du corps et la longueur d'onde de la radiation
correspondant au maximum d'émission.
2) Photographies en infrarouge:
Ces photographies sont en fausses couleurs. Une zone colorée en rouge est elle plus chaude ou moins
chaude qu'une zone en bleu?
3) Comparaison Terre et Soleil
 Dans quels domaines de radiations (Radio, micro-ondes, IR, visible, UV, X ou ) se situent les
maximums d'émission pour la Terre et pour le Soleil?
 Que dire des énergies dégagées?
4) Le corps noir
 Sous quelle forme est convertie l'énergie radiative reçue par un corps supposé noir?
 Dans quel domaine de radiation un corps noir émet il à température ambiante?
 Quelles sont les deux lois qui découlent de la loi de Planck?
 A partir de quelle température l'émission d'un corps noir possède-t-elle un maximum d'intensité dans
le domaine du visible?
5) Absorption des photons
 Quel(s) effet(s) peu(ven)t avoir l'absorption d'un photon sur une molécule?
a) A l'échelle microscopique
b) A l'échelle macroscopique
6) Pourquoi les feuilles sont elles vertes? A quoi sert une partie de l'énergie absorbée?

IV) Détecteurs de rayonnements
Classer les détecteurs suivants dans l'ordre croissant de la fréquence de l'onde détectée:
 20 p 27 24 – 26 p 28