Activité 3 : Observation de l univers sur Terre et dans l espace

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1 Ondes et matière Activité 3 : Observation de l univers sur Terre et dans l espace I Détections des ondes électromagnétiques Objectif : Extraire et exploiter des informations sur l absorption de rayonnements par l atmosphère terrestre et ses conséquences sur l observation des sources de rayonnements dans l Univers. Alors que les appareils terrestres sont de plus en plus performants, pourquoi est-il toujours indispensable d envoyer des hommes et du matériel dans l espace? Document 1 : Les ondes électromagnétiques Les ondes électromagnétiques sont des «perturbations électromagnétiques» qui se propagent, c est à dire des variations d un champ électrique et d un champ magnétique qui se déplacent. Elles sont produites par les mouvements de particules chargées comme les électrons dans les étoiles à cause de la température (lumière), aussi bien que par le passage d un courant dans un conducteur électrique (radio). Document 2 : Quelques instruments d observation de l Univers Very Large Télescope Lieu : Chili Radiations détectées : des UV aux IR Observatoire spatial Planck Année de lancement : 2009 Radiations détectées : fréquences de 10 à 90 GHz et de 100 à 857 GHz Radiotélescope d Effelsberg Lieu : Allemagne Radiations détectées : fréquences entre 395 MHz et 95 GHz Satellite Hubble Année de lancement : 1990 Radiations détectées : Les infrarouges 1

2 Document 3 : Absorption des rayonnements électromagnétiques par l atmosphère La Terre reçoit de toutes les directions de l espace des rayonnements électromagnétiques, ainsi qu une pluie de particules qui constitue le rayonnement cosmique. Ce flot ininterrompu est en grande partie arrêté par l atmosphère. Absorption atmosphérique au niveau du sol (%) D après Wikipédia A B C D 1 / Rappeler les longueurs d onde du domaine du visible. APP 2 / Les ondes électromagnétiques ont-elles besoin d un support matériel pour se propager? Quelle est leur vitesse dans le vide? APP 3 / Nommer les domaines de rayonnements électromagnétiques qui sont repérés par des lettres. APP 4 / Que représente la grandeur portée en ordonnée sur le document 3? Préciser notamment la signification de 0% et de 100 % pour les points ayant cette ordonnée. ANA 5 / A l aide des documents 2 et 3 justifier le choix d envoyer certains instruments dans l espace et d en laisser d autre sur Terre. VAL 2

3 II l astronomie de l invisible Objectif : Connaître des sources de rayonnement radio, infrarouge et ultraviolet. Après avoir regardé le ciel avec leurs yeux pendant des siècles, les scientifiques ont découvert que dans l invisible se cachaient encore beaucoup d informations. Que peuvent nous apprendre les rayonnements qui ne sont pas visible? Document 1 : Observations astronomiques Les photographies ci-dessus en fausses couleurs représentent la Galaxie M94 en lumière visible a, infrarouge b et ultraviolette c à la même échelle. Sur la photographie c, les UV proches sont en jaune, les UV lointains sont en bleus. L espace entre les étoiles est rempli de gaz et de poussières. La densité de cette matière est extrêmement faible mais à plusieurs de centaines d années-lumière, il suffit de quelques molécules par cm 3 pour absorber la lumière visible et observer une zone opaque sur la photographie. Le rayonnement infrarouge de longueur d onde plus grande que celle de la lumière visible peut traverser cette matière parce qu il subit peu la diffusion (absorption et réémission des rayonnements dans toutes les directions). Des étoiles dont la lumière visible est cachée par ces nuages apparaissent en observation infrarouge. Par ailleurs, les nuages de poussière échauffés par le rayonnement des étoiles voisines émettent eux-mêmes un rayonnement d origine thermique qui les rends brillants dans l infrarouge sur la photographie. Le rayonnement ultraviolet permet de révéler d autre aspects de l univers. De jeunes étoiles très brillantes dans ces domaines apparaissent sur la photographie c là où les gaz et poussières sont en faibles densités. Le rayonnement radio de l Univers est souvent émis par des particules chargées animées de mouvement rapides sous l effet par exemple de l activité d un trou noir, au centre de la galaxie Centaurus A. La photographie d a été obtenue en superposant l image de la galaxie Centaurus A en lumière visible (couleur blanche) et dans le domaine radio (orange) 3

4 1 / Qu appelle-t-on rayonnement d origine thermique? APP Document 2 : Loi de Wien La loi de Wien relie la température T en Kelvin du corps chaud et la longueur d onde du maximum d intensité en mètre : 2, / Pourquoi les nuages de poussières sont-ils brillant sur la photographie b et pas sur la a? APP 3 / A quoi reconnait-on les étoiles les plus chaudes sur la photographie? ANA 4 / Estimer la zone d émission radio autour du trou noir de Centaurus A. REA 5 / Justifier la nécessiter d exploiter les rayonnements électromagnétiques invisibles pour étudier l univers. VAL Compétences Capacités A B C D Approprier Extraire les informations des documents Analyser Extraire et analyser les informations Réaliser Réaliser un calcul Valider Extraire des informations des données et les exploiter 4

5 Bilan activité 3 5

6 Bilan activité 3 6

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