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Phys. N° 02 |
La Lumière des étoiles. Exercices 2018. |
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Les spectres suivants peuvent-ils
correspondre à la même entité chimique ? Justifier.
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Exploitation des spectres : -
On est en présence d’un spectre d’émission (raies
colorées sur fond noir) -
Et d’un spectre d’absorption (raies noires sur fond
coloré) -
On remarque que les raies colorées du spectre
d’émission correspondent aux raies noires du spectre d’absorption. -
Les raies d’émission ou d’absorption permettent
d’identifier une entité chimique présente dans un gaz. -
Une entité chimique ne peut absorber que les
radiations qu’elle est capable d’émettre. -
Les deux spectres correspondent à la même entité
chimique. |
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a)-
Rigel est une étoile bleue de la constellation d’Orion. b)-
Bételgeuse est une supergéante rouge. c)-
Le Soleil, de type naine jaune, est la seule étoile du
système solaire. Associer à chacune des
étoiles ci-dessus sa température moyenne de surface parmi les
propositions suivantes : α. 3100 °C ;
β. 5800 ° C
γ. 11000 ° C Justifier les réponses. |
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La couleur de l’étoile permet de déterminer
sa température de surface. La température d’une étoile est d’autant
plus élevée que sa couleur se rapproche du bleu. Rigel est une étoile bleue : En conséquence la température de surface la
plus élevée est celle de Rigel : θ (Rigel) = 11000 ° C (γ.) Le Soleil est une étoile jaune. Sa température de surface est inférieure à
celle d’une étoile bleue, mais supérieure à celle d’une étoile
rouge. Soleil : θ (Soleil) = 5800 ° C (β.) Bételgeuse est une supergéante rouge. C’est l’étoile la plus froide. Bételgeuse : θ (Bételgeuse) = 3100 °
C (α.) Remarque : Le profil spectral d’une étoile est la courbe qui représente l’intensité lumineuse des radiations émises par cette étoile en fonction de la longueur d’onde. La température de surface d’une étoile a une
influence sur l’allure globale du profil spectral. La longueur d’onde du maximum d’intensité
lumineuse est notée λmax. La valeur de λmax diminue
lorsque la température de surface de l’étoile augmente.
Une étoile bleue est plus chaude qu’une
étoile jaune, qui est plus chaude qu’une étoile rouge. Les différentes étoiles avec
CELESTIA
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Lorsque l’on représente graphiquement l’intensité lumineuse des radiations en provenance d’une étoile en fonction de leurs longueurs d’onde, on obtient le
profil spectral de cette étoile. Cette courbe fournit des informations sur la
composition chimique de l’étoile. Véga, située à 25 années de lumière du
système solaire, est l’étoile la plus brillante de la constellation
de la Lyre. Une partie de son profil spectral est
représentée ci-dessous :
1)- Dans le profil spectral d’une étoile, à quoi correspondent
les pics vers le bas ? 2)- a)-
Les longueurs d’onde des radiations caractéristiques du
sodium correspondent-elles à des pics visibles sur le profil
spectral ? b)-
Ce profil spectral permet-il de détecter du sodium dans
l’atmosphère de Véga ? Donnée : -
Spectre de la lampe à vapeur de sodium :
-
Le doublet du sodium : radiations jaunes de longueur
d’onde voisine de 590 nm (en réalité, il s’agit d’un doublet : 589,0
nm et 589,6 nm)
-
Quelques longueurs d’onde de radiations
caractéristiques du sodium : 411 nm ; 498 nm ; 568 nm ; 589 nm. |
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1)- Profil spectral d’une étoile et les pics vers le bas : - Le profil spectral d’une étoile est la courbe qui représente l’intensité lumineuse des radiations émises par cette
étoile en fonction de la longueur d’onde. - Cette courbe présente des pics vers le bas (minima d’intensité lumineuse dans le profil spectral) qui correspondent aux
radiations absorbées par l’atmosphère de l’étoile. -
Les longueurs d’onde correspondantes permettent
d’identifier les entités chimiques présentes dans l’atmosphère de
l’étoile. 2)- a)-
Les longueurs d’onde des radiations absorbées :
-
Les longueurs d’onde de radiations caractéristiques du
sodium : 411 nm ; 498 nm ; 568 nm ; 589 nm. -
On trouve une radiation voisine de 411 nm, mais on ne
trouve pas d’absorption pour les radiations de longueurs d’onde, 498
nm, 568 nm et 589 nm. b)-
Détection du sodium dans l’atmosphère de Véga : -
Le profil spectral de l’étoile Véga ne permet pas de
détecter l’élément sodium dans l’atmosphère de Véga. |
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On peut utiliser le profil
spectral d’une étoile pour déterminer la température de sa surface. Il s’agit d’un graphique représentant
l’intensité de la lumière en provenance de cette étoile en fonction
de la longueur d’onde. Dans ce profil, on repère des minima, qui
correspondent aux raies d’absorption, et le domaine où le spectre
est le plus lumineux. Un profil spectral où le maximum d’intensité
est situé dans le rouge correspond à celui d’une étoile plus froide
que celle où le maximun est situé dans le violet. Pour le Soleil, ce maximum est situé à 480
nm., ce qui correspond à une température de surface de 5700 ° C.
Longueurs d’onde (en nm) de radiations caractéristiques
d’entités chimiques.
Question : Comparer à celle du Soleil
la température de cette étoile et la composition de son atmosphère. |
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Que connait-on du Soleil : -
Profil spectral de la lumière émise par le Soleil :
-
Les entités chimiques présentes dans l’atmosphère du
Soleil absorbent certaines radiations lumineuses. - Ceci se traduit par l’apparition de raies sombres dans le spectre de la lumière émise par le Soleil et par des minima
d’intensité lumineuse dans le profil spectral. -
Les longueurs d’onde correspondantes permettent
d’identifier les entités chimiques présentes dans l’atmosphère du
Soleil.
-
Les minima d’absorption montrent que l’atmosphère du
Soleil contient essentiellement de l’hydrogène et de l’hélium. - La température de surface du Soleil a une influence sur l’allure globale du profil spectral. - La longueur d’onde du
maximum d’intensité lumineuse est notée λmax. -
Le profil spectral de la lumière émise par le Soleil
permet de déterminer la valeur de λmax. -
λmax = 480 nm. -
Cette valeur permet de déterminer la valeur de la
température de la surface du Soleil. -
Cette température est voisine de 5700 °C. - La loi de Wien permet de déterminer la valeur de la température de surface d’une étoile à partir de son profil spectral
et de la détermination de la valeur λmax. - Une étoile de température θ (en °C) émet une lumière dont le spectre présente un maximum d’intensité pour la
longueur d’onde λ max (en nm). -
Ces deux grandeurs sont liées par la relation : - -
Pour le Soleil, on trouve : -
On peut faire la même exploitation pour
l’étoile :
-
Les minima d’absorption montrent que l’atmosphère de
l’étoile contient comme entité chimique, l’hydrogène. -
On trouve des pics d’absorption pour 433 nm (proche de
434 nm), 488 nm (proche de 486 nm) et 657 nm (proche de 656 nm). -
Pour l’hélium, on ne peut rien déduire car les
longueurs d’onde caractéristiques de l’hélium ne sont pas données. -
Le profil spectral de l’étoile présente un maximum
d’intensité lumineuse pour λmax (Étoile) ≈ 550 nm -
Pour la température de l’étoile on remarque que : -
λmax (Étoile) > λmax
(Soleil) -
L’étoile est moins chaude que le Soleil. -
On peut utiliser la relation de Wien pour le
vérifier : - -
Pour l’étoile, on trouve : -
-
θ (Étoile) < θ (Soleil) -
Remarque : à partir du spectre d’émission de l’hélium. -
Spectre d’émission de l’hélium :
-
Sur le profil spectral de l’étoile, on ne repère pas
de pics d’absorption à 388 nm, 588 nm, 668 nm et 707 nm. -
Le profil spectral de cette étoile ne permet pas de
détecter la présence d’hélium dans son atmosphère. |
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