Activité sur l`effet Doppler
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Activité sur l`effet Doppler
TSc : Observer 04_03 : propriétés des ondes DE L’EFFET DOPPLER-FIZEAU AUX EXOPLANETES (D’après Hands On Universe) En astronomie, l’analyse du spectre de la lumière émise par un astre permet de déceler un décalage en fréquence par rapport au spectre obtenu en laboratoire. Ce décalage est dû au fait que l’astre se déplace par rapport à la Terre. Si l’astre se rapproche de la Terre, la fréquence augmente (décalage vers le bleu) ; elle diminue si l’astre s’éloigne (décalage vers le rouge) L'observation directe d'une planète extrasolaire est très difficile : la lumière en provenance de son étoile éblouit la caméra et empêche, sauf cas rares, de voir la planète. Par contre, il est possible de voir les effets de la révolution d'une planète autour de son étoile. En effet, pendant que la planète fait le tour de son étoile (1 an pour la Terre autour du Soleil), cela induit un léger déplacement de Exoplanète l’étoile car elle tourne autour du centre de gravité de l’ensemble {étoileexoplanète}*. G Cet effet est détectable à l'aide de la spectroscopie grâce à L'EFFET DOPPLER, en étudiant le spectre de l’étoile. Etoile * http://media4.obspm.fr/exoplanetes/pages_outil-barycentre/barycentre.html BO : Utiliser des données spectrales et un logiciel de traitement d’images pour illustrer l’utilisation de l’effet Doppler comme moyen d’investigation en astrophysique Sur une page Word : spectres 1 et 7 alignés / Analyse spectrale de 1.dat / 2 tableaux avec les valeurs de pour I minimun/la courbe Regressi de v =f(t) I – DEPLACEMENT DES RAIES DU SPECTRE DE L’ETOILE AU COURS DU TEMPS : On étudie11 spectres d’une étoile pris à des dates différentes. En première approximation, l’intervalle de temps moyen séparant la prise de deux spectres consécutifs est de 1 jour Application Lycée logiciel « salsa J » / menu fichier : ouvrir poste de travail disque C program files salsa_J2 le dossier « .fit_1 » sélectionner les 11 images .fit les ouvrir menu « images » puis « piles » puis « transférer images dans Pile » Cliquer à nouveau sur « images » puis « piles » puis « démarrer animation » 1) Quel type de spectre est-ce ? 2) Quelle propriété des ondes explique ce décalage ? Fermer (croix) fichier ouvrir « 1.fit » et « 7.fit » aligner les spectres l’un sous l’autre Word 3) Identifier les raies d’absorption les plus marquées : que remarquez-vous ? II – DETERMINER EXPERIMENTALEMENT LA VITESSE DE DEPLACEMENT DE L’ETOILE PAR RAPPORT A UN OBSERVATEUR TERRESTRE : Pour cette étude on utilisera le dossier « .data » contenant les analyses spectrales des spectres précédents menu fichier : ouvrir « spectre1_o54.dat» Word 4) Quelles sont les grandeurs en abscisse et en ordonnée ? Quelle est l’unité de mesure en abscisse ? En utilisant le curseur estimer les valeurs de des raies d’absorption les plus marquées : (1 = 0,1 nm) = ………… nm et = ………. nm Puis cliquer « liste », déterminer avec précision (7 CS) les longueurs d’onde des 2 raies d’absorption les plus marquéesWord = ……………… nm et = ……………… nm Ces raies correspondent à deux raies du spectre du sodium qui constituent le doublet du sodium : et 5) A quelle couleur correspondent ces raies ? 6) Lors de la prise du spectre 1, l’étoile s’éloignait-elle ou se rapprochait-elle de l’observateur terrestre ? 7) Calculer la vitesse V de déplacement de l’étoile par rapport à l’observateur, on rappelle que : avec III – CALCUL DE LA VITESSE DE L’ETOILE SUIVANT LA LIGNE DE VISEE : On considère que l’étoile possède une vitesse de révolution constante autour du centre de gravité. 8) Schématiser le vecteur vitesse aux différentes positions de l’étoile. C Ligne de visée B 9) Afin de faire apparaître la vitesse suivant la ligne de visée (grandes flèches) décomposer les vecteurs vitesse en : une composante perpendiculaire à la ligne de visée et une composante parallèle à la ligne de visée. D A E F 10) En quelles positions la vitesse (de déplacement par rapport à l’observateur) suivant la ligne de visée serait égale à la vitesse (de révolution) de l’étoile ? 11) En quelles positions la vitesse suivant la ligne de visée serait nulle ? 12) Indiquer la portion de la trajectoire de l’étoile pour laquelle la vitesse suivant la ligne de visée est positive 13) Indiquer la portion de la trajectoire de l’étoile pour laquelle la vitesse suivant la ligne de visée est négative 14) Le signe de la vitesse calculée en 6 confirme t-il qu’il s’agit d’une vitesse d’éloignement ? IV – VARIATION DE LA VITESSE DE L’ETOILE SUIVANT LA LIGNE DE VISEE : Compléter le tableau en vous aidant du logiciel Salsa et des spectres )en nm Spectre Date t en j 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 0,97 1,97 2,94 3,97 4,88 5,92 6,96 7,98 8,97 10,0 589,0496 589,0491 589,0305 589,0014 588,9815 -5,46 -5,41 -3,55 -0,64 1,35 -27,8 -27,6 -18,1 -3,3 6,9 588,9643 588,9764 589,0056 589,0318 3,12 1,86 -1,06 -3,68 15,9 9,5 -5,4 -18,7 A l’aide du tableur « Régressi », tracer le graphe V = f(t) Word V – MOUVEMENT DE L’ETOILE PAR RAPPORT A L’OBSERVATEUR TERRESTRE. En utilisant le graphique, 15) Déterminer à quelle vitesse maximale l’étoile s’éloigne-t-elle de nous ? Indiquer sur le schéma la position de l’étoile pour cette vitesse 16) Déterminer à quelle vitesse maximale l’étoile s’approche-t-elle de nous ? Indiquer sur le schéma la position de l’étoile pour cette vitesse 17) Donner la valeur de la période de révolution de l’étoile autour du centre de gravité de l’ensemble {étoile-exoplanète}.