la lumière provenant des étoiles

2nde
Objectifs :
U2-P2
LA LUMIÈRE PROVENANT DES ÉTOILES
• Savoir qu’un corps chaud émet un rayonnement continu, dont les propriétés dépendent de la température.
• Repérer par sa longueur d’onde dans un spectre d’émission ou d’absorption une radiation caractéristique d’une
entité chimique.
• Utiliser un système dispersif pour visualiser des spectres d’émission et d’absorption et comparer ces spectres
à celui de la lumière blanche.
• Savoir que la longueur d’onde caractérise dans l’air et dans le vide une radiation monochromatique.
• Interpréter le spectre de la lumière émise par une étoile : température de surface et entité chimiques présentes
dans l’atmosphère de l’étoile.
• Connaitre la composition chimique du Soleil.
1. La lumière blanche
1.1. Qu’est-ce que la lumière blanche ?
La lumière venant du Soleil est qualifiée de lumière blanche.
La lumière blanche peut donner des arcs en ciel car elle est composée d’une infinité de lumières colorées.
Expérience de dispersion de la lumière blanche
On envoi un mince faisceau de lumière blanche sur une face d’un prisme et on observe sur un écran la
lumière qui ressort :
écran
source de
lumière blanche
prisme
Spectre de la lumière blanche
La lumière blanche est une lumière polychromatique, elle est composée de plusieurs lumières colorées. Un
réseau ou un prisme disperse la lumière blanche, on obtient le spectre de la lumière blanche.
1.2. Spectre de la lumière blanche
A chaque radiation monochromatique, on associe une grandeur appelée longueur d’onde dans l’air (ou dans
le vide) notée λ et exprimée en m.
On exprime souvent les longueurs d’onde en nm ou µm .
Domaine de longueur d’onde de la lumière visible pour l’Homme :
UV
Bleu
Violet
380
450
Vert
500
Jaune
570
Orange
590
Rouge
610
IR
780
λ en nm
Le spectre est :
un spectre d’émission car c’est le spectre de la lumière émise directement par une source de lumière,
il est continu car il contient toutes les radiations sans discontinuité.
1.3.Spectre et température
Tout corps porté à l’incandescence émet une lumière visible dont le spectre est
continu (c.a.d. dont toutes les couleurs qui le compose sont adjacentes).
Plus la température du corps est élevée, plus le spectre est lumineux et plus il
est riche en lumière bleue et violette.
Lydie GERMAIN
2nde – U2 - Page 1/4
21/10/2010
2. Spectres d’émission et d’absorption
2.1.Spectres d’émission
On appelle spectre d’émission le spectre de la lumière directement émise par une source.
La lumière blanche et la lumière émise par les corps portés à l’incandescence comportent toutes les
radiations lumineuses : les spectres obtenus avec ces sources sont des spectres d’émission continue.
Un laser produit une lumière monochromatique dont le spectre d’émission ne comporte qu’une seule raie,
c’est un spectre de raie d’émission.
Un gaz sous faible pression, soumis à une décharge électrique ou porté à haute température émet de la
lumière. Les spectres obtenus avec ces sources ne présentent que quelques raies de couleurs sur un fond
noir, ce sont des spectres de raies d’émission. La lumière émise ne comporte que quelques radiations
lumineuses. (Lampe à vapeur de sodium….)
Exemples :
argon
hydrogène
Sodium
Mercure
Néon
2.2. Spectres d’absorption
Un spectre d’absorption d’une substance est le spectre obtenu après la traversée de cette substance par de la
lumière blanche.
Une solution colorée comme un filtre absorbe certaines radiations lumineuses : les spectres obtenus
présentent de larges bandes noires sur un fond coloré, ce sont des spectres de bande d’absorption.
Solution de permanganate de potassium
Lydie GERMAIN
2nde – U2 - Page 2/4
Solution de sulfate de cuivre
21/10/2010
Lorsque de la lumière blanche traverse un gaz froid, la lumière obtenue ne comporte plus toutes les
radiations lumineuses. Le gaz absorbe certaines radiations, le spectre obtenu présente des raies noires sur un
fond de couleur : c’est un spectre de raies d’absorption.
Une espèce chimique éclairée par de la lumière blanche absorbe les radiations quelle est capable d’émettre.
(Voir ci-contre, en haut le spectre d’émission de la vapeur de sodium, en bas son plectre d’absorption)
Pour un même élément, les raies d’émission et d’absorption ont les mêmes longueurs d’onde.
Spectre d’émission d’une vapeur de sodium :
Spectre d’absorption d’une vapeur de sodium :
Voir http://www.ostralo.net/3_animations/swf/spectres_abs_em.swf
3. La lumière émise par une étoile
Photos des spectres de la lumière émise par différentes étoiles :
Les spectres présentent des raies noires d’absorption et que pour certains, le bleu manque.
Si le spectre ne possède pas le bleu, c’est que la température de l’étoile est plus faible que celle des autres.
S’il y a des raies, c’est qu’il y a absorption de la lumière blanche émise par des éléments.
3.1.Température de surface
L’observation des étoiles à l’œil nu permet de constater qu’elles présentent des couleurs qui dépendent de la
température de leur surface.
Les étoiles les plus chaudes sont blanc-bleutées, les étoiles les plus froides sont rouge.
3.2. Composition de l’atmosphère d’une étoile
La lumière émise par une étoile (par la photosphère), traverse l’atmosphère de l’étoile (la chromosphère) qui
contient des éléments absorbant certaines radiations lumineuses.
Le spectre de la lumière reçue sur la terre est un spectre de raies d’absorption, qui permet ainsi de connaitre
la composition de l’atmosphère de l’étoile.
Lydie GERMAIN
2nde – U2 - Page 3/4
21/10/2010
3.3. Composition chimique du Soleil
Spectre du Soleil
http://www.noao.edu/image_gallery/html/im0600.html
L’analyse du spectre du Soleil consiste à rechercher dans le spectre les longueurs d’onde caractéristiques
des éléments connus sur terre.
Si pour un élément, on trouve toutes ces raies d’absorption alors on peut affirmer qu’il est présent dans
l’atmosphère de l’étoile.
Lydie GERMAIN
2nde – U2 - Page 4/4
21/10/2010