Rayonnements dans l univers

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1 Terminale S Rayonnements dans l univers Notions et contenu Rayonnements dans l Univers Absorption de rayonnements par l atmosphère terrestre. Etude de documents Compétences exigibles 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. Connaître des sources de rayonnement radio, infrarouge et ultraviolet. Doc 1. Spectre électromagnétique Doc 2. Altitude d absorption des différents rayonnements dans l atmosphère terrestre

2 Doc 3. La vision d un objet sous toutes ses couleurs La galaxie Andromède, une galaxie spirale similaire à notre Voie lactée, émet dans différentes lumières, des ondes radio jusqu aux rayons gamma. Observer chacune de ces longueurs d onde permet de connaître les multiples «visages» d Andromède. En fonction de la longueur d onde à laquelle nous nous situons, nous n observons pas la même chose : les molécules des nuages interstellaires émettent dans le domaine du millimétrique, les poussières du milieu interstellaire dans l infrarouge, les explosions d étoiles dans l X, les pulsars dans le gamma, Mais si depuis le sol nous pouvons observer certaines longueurs d onde, d autres sont absorbées par l atmosphère terrestre. Sur terre, des télescopes et radiotélescopes peuvent découvrir Andromède dans les domaines radio, visible et gamma, et dans l espace les satellites observent cette galaxie dans les autres domaines de longueurs d onde. D après le site du CNRS Doc 4. Les humeurs du Soleil et leurs effets sur la Terre Le soleil expulse en permanence de grandes quantités de matière dans le milieu interplanétaire. C est ce qui constitue le vent solaire. Des éjections coronales de matière peuvent s ajouter à ce vent solaire : les CME (acronyme anglais de Coronal Mass Ejection) expulsent de grandes quantités de particules hautement énergétiques. Elles sont à l origine de perturbations plus ou moins importantes dans l environnement terrestre : orage magnétique et aurores boréales, dommages sur les satellites, problème de liaisons téléphoniques ou radio par câble, coupure de l alimentation électrique

3 Doc. 5 : Situations de quelques observatoires (.) avec, pour certains, les domaines d ondes observées Le télescope Sophia à bord de son Boeing 747 est spécialisé dans l'observation infrarouge. Il est emporté dans la stratosphère à une altitude de 11 km. La Station de Nançay est spécialisée dans le domaine de la radioastronomie. Elle comporte : - un radiotélescope spécialisé pour les longueurs d onde de l ordre du cm. - le Réseau Décamétrique fonctionnant entre 3 et 30 mètres de longueur d'onde. L'Observatoire du Cerro Paranal européen situé dans le désert d'atacama, au Chili, à une altitude de mètres est doté du : - Very Large Telescope array (VLT). L ensemble de ces instruments observe depuis l'ultraviolet (300 nm) jusqu'à l'infrarouge moyen (environ 24 μm). - télescope VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy), qui observe dans l infrarouge proche. - VLT Survey Telescope qui étudiera le rayonnement visible du ciel. Le télescope HESS installé en Namibie détecte indirectement les rayons gamma. Il possède 4 miroirs très sensibles dotés de caméras ultra-rapides. Le Southern African Large Telescope est installé dans le désert du Kalahari. Il travaillera dans un domaine allant de l ultraviolet proche (340 nm) à l infrarouge proche (2,5 μm). L Observatoire d Hawaii culmine à m. Ce site est l un des meilleurs du monde (atmosphère très sèche et stable). Des télescopes observent dans le domaine visible et d autres dans l infrarouge (1 à 25 μm). Australia Telescope Compact Array est constitué de 6 antennes de 22 m de diamètre chacune. Il est capable d'observer des émissions dont la longueur d'onde varie entre 3 et 90 cm et celles mesurant 12 mm et 3 cm.

4 ~ 10 km Rayon γ Gerbe de particules secondaires (électrons et positrons) qui produit un cône de lumière bleuâtre très bref. (Crédit photo: ASPERA / A.Marsollier) Doc. 6 : Gerbe de particules dans l atmosphère Dans le domaine des UV et des rayons X, le photon incident est très énergétique. Il peut donc générer soit des réactions de photodissociation de molécule (rupture d une liaison) qui libèrent de la chaleur après une recombinaison des atomes provoquant une augmentation de température du milieu, soit des réactions de photoionisation qui produisent des ions. Doc 7. UV et atmosphère Doc. 8 : Carte mondiale des zones arides Doc. 9 : Longueurs d ondes absorbées par certains gaz (échelle horizontale en µm)

5 A l aide de la lecture et de l observation des documents précédents, répondre de manière A l aide de la lecture et de l observation des documents précédents, répondre de manière A l aide de la lecture et de l observation des documents précédents, répondre de manière A l aide de la lecture et de l observation des documents précédents, répondre de manière

6 Questions supplémentaires à se poser pour résoudre cette problématique: Introduction : 1. Quel est l intérêt d observer l Univers dans différents rayonnements? Développement 2. Pour quels types de rayonnement du spectre électromagnétique, l observation au sol est-elle possible? 3. Le télescope spatial Hubble a été lancé en 1990 par la navette spatiale. Il permet notamment d observer le domaine du visible en échappant de par sa position à d autres perturbations causées par l atmosphère. Lesquelles? 4. Expliquer les positions géographiques des différents sites d observation du doc Où donc placer les télescopes pour pouvoir accès à l ensemble du spectre électromagnétique? 6. Les photons gamma, mille milliards de fois plus énergétiques que la lumière visible, proviennent des objets les plus «violents» de l'univers. Pourquoi dit-on que le télescope HESS détecte indirectement les rayons gamma? 7. L observation des rayons X et UV est-elle donc possible au sol? Conclusion 8. Pourquoi est-ce que les scientifiques continuent de construire des observatoires terrestres? Sources de rayonnement à connaître