LES SPECTRES DE LUMIERELES SPECTRES DE LUMIERE

Le spectre d’une lumière est sa décomposition par un prisme ou par un autre système dispersif.

Pour étudier les étoiles, les physiciens analysent la lumière qu’elles nous envoient en la décomposant avec des systèmes dispersifs (plus sophistiqués qu’un prisme…).

Le but de cette partie du cours est d’étudier les spectres de lumière et de voir quelles informations ils peuvent nous fournir sur les étoiles.

I) LES SPECTRES D’EMISSION

• Il y a 2 façons d’émettre de la lumière

1) LES CORPS CHAUDS

Acier en fusion dans une fonderie

Filament en tungstène d’une lampe à incandescence, chauffé à 2700 °C par le passage d’un courant électrique

• Spectre continu

La lumière émise possède un spectre de ce type :

Type de lumière émise :

• Lumière polychromatique• Toutes les radiations de longueurs d’onde comprises entre 400 et 800 nm• On parle de lumière blanche• Exemples : Soleil, filament fortement chauffé

Variation du spectre en fonction de la température

• + le corps est chaud

• + la lumière est blanche

• + son spectre contient de radiations vers le bleu-violet

Conclusion :

Tout corps solide porté à haute température (environ 1000 °C) émet une lumière dont le spectre est continu.

Le domaine de longueurs d’onde des radiations constituant la lumière émise dépend de la température du corps :

Plus la température est élevée, plus le rayonnement s’enrichit en radiations de courtes longueurs d’onde (vers le violet).

2) LES ATOMES DE GAZ EXCITES

• Tube fluorescent

Lampe à vapeur de mercure

Lampe contenant des atomes de mercure à l’état gazeux sous une très faible pression, que l’on chauffe en émettant des décharges

électriques.

• Spectre constitué de seulement quelques raies (spectre discontinu)

• Lumière polychromatique

Spectre obtenu :

On constate :

Conclusions :

Tout comme les solides, les gaz émettent de la lumière lorsqu’ils sont portés à haute température.

Le spectre de la lumière émise par ces gaz portés à haute température est un spectre discontinu : c’est un spectre de raies.

Et avec d’autres éléments ?

Hg

Na

Ne

Conclusion :

Les longueurs d’onde des radiations composant le spectre émis par un atome à l’état gazeux dépend de la nature de celui-ci.

Les spectres de raies sont donc caractéristiques des éléments qui les émettent et l’étude de ces spectres permet l’identification des atomes présents dans un gaz.

II) LES SPECTRES D’ABSORPTION

• De la lumière blanche est envoyée à travers une substance

• On analyse la lumière transmise

1) Bandes d’absorption

• Absorption par une solution de permanganate de potassium

Spectre de bande d’absorption

Conclusion :

Lorsque l’on fait passer un faisceau de lumière blanche à travers un corps transparent (solide ou liquide), une partie de la lumière est absorbée par ce corps.

Le spectre correspondant à la partie de la lumière non absorbée est appelé spectre d’absorption.

Lors du passage de la lumière à travers certains milieux transparents (colorés), on observe des spectres présentant des plages entières de radiations manquantes (bandes d’absorption).

Le spectre correspondant est appelé spectre de bandes d’absorption.

Les radiations absorbées dépendent de la nature du milieu traversé.

2) Raies d’absorption

• Lorsque le milieu traversé est un gaz :

Propriété : un atome ou un ion à l’état gazeux n’est capable d’absorber que les raies qu’il est capable d’émettre.

Cela permet d’identifier la composition des étoiles.

Seulement quelques raies bien précisent sont manquantes.

On parle de spectre de raies d’absorption.

III) Application à l’astrophysique

• Quelles informations l’étude des spectres des étoiles peut-elle nous fournir ?

1) Température d’une étoile

On a dit que plus un corps est chauffé à une température élevée, plus le spectre de la lumière qu’il émet est enrichi en radiations de courtes longueurs d’onde (bleu – violet) :

Bételgeuse

Rouge

T = 3000 °C

Soleil

Jaune

T = 6000 °C

Sirius

Blanche

T = 11000 °C

Rigel

Bleue

T = 20000 °C

Spectre d’absorption

Spectre d’émission de l’atome qui a absorbé

2) Identifier un atome dans l’atmosphère d’une étoile

Le spectre des étoiles que l’on reçoit sur Terre est un spectre d’absorption. En l’analysant, on peut retrouver les éléments responsables de cette absorption.

3) Observation de l’espace

On a vu que la lumière visible était un tout petit domaine des radiations existantes. La majorité de la lumière que nous envoient les étoiles se situe dans des domaines invisibles (rayons gamma, rayons X, UV, IR, ondes radio).

Des détecteurs ont été créés pour permettre à l’Homme d’observer l’Univers à travers ces radiations, invisibles pour son œil. De nombreuses autres informations ont pu en être tirées.