2 nde Thème : Univers TP.3 : Analyse élémentaire de l atmosphère d une étoile CORRECTION I. Une étoile familière : Le Soleil. Lire le texte intitulé << Les messages codés du Soleil >>. Questions : 1. Rappeler l origine des raies sombres présentes dans le spectre du Soleil. Les raies sombres présentes dans le spectre du Soleil correspondent aux radiations lumineuses absorbées par les éléments contenus dans l atmosphère solaire (Chromosphère). 2. Rappeler pourquoi la connaissance des longueurs d ondes des raies sombres permet de connaître la composition chimique de l atmosphère solaire (Chromosphère). Un élément chimique absorbe les radiations lumineuses qu il est capable d émettre. Les raies d absorption d un élément chimique permettent alors de l identifier. 3. L intensité lumineuse du Soleil est-elle la même pour toutes les radiations? Pour quelle longueur d onde max cette intensité est-elle maxi male? L observation de la figure 1 montre que les différentes radiations émises par le Soleil ne possède pas la même intensité. Le maximum de l intensité lumineuse émise correspond à une longueur d onde max = 480 nm. 4. A l aide des figures 2 et 3, identifier les éléments chi miques susceptibles d être présents dans l atmosphère du Soleil. D après les deux figures 2 et 3, on peut identifier la présence des éléments suivants : Hydrogène : H Fer : Fe Sodium : Na Ion calcium : Ca +
5. Les physiciens ont établi une relation entre max et la température T de la surface de l étoile : max. T = 2,9.10-3 m.k avec max en mètre (m) et T en degré Kelvin (K) En déduire la température T en K de la surface du Soleil, la convertir en C sachant que : T(K) = ( C) + 273,15 max = 480 nm = 480.10-9 m max. T = 2,9.10-3 T = 2,9.10-3 480.10 9 = 6040 K Soit : = 6040 273,15 5770 C 6. Pourquoi l analyse de la lumière émise par la lune ne nous permet pas de déterminer la température de sa surface? La lune n est pas une étoile, elle n émet pas sa propre lumière. 7. Dans la constellation d Orion, de quelle couleur apparaît : Rigel, étoile chaude dont la température de surface est de l ordre de 6370 K? En appliquant la relation ci-dessus, on trouve : max = 2,9.10-3 = 455 x 10-9 m = 455 nm 6370 Rigel possède un maximum d émission dans le bleu Bételgeuse, étoile plus froide dont la température de surface est de 4 143 K? max = 2,9.10-3 = 700 x 10-9 m = 700 nm 4143 Bételgeuse possède un maximum d émission dans le rouge
III. L analyse spectrale de Rigel : Connectez-vous sur le site: http://frank.albrecht.free.fr/gestclasse_v7/documents/2nde/tp5spectrerigel/rig4-11.htm Vous arrivez à cette page : Sur l'écran figurent alors la première partie de 2 spectres : En haut, celui de l'étoile Rigel que l'on doit étudier. Il est composé de raies noires numérotées de 1 à 28 sur un fond coloré. En bas, celui de l'argon qui nous sert de référence. Il est constitué de raies colorées de longueurs d'ondes connues sur fond noir. Cliquer sur «étalonner» en bas à droite : Cliquer sur «étalonner» en bas à droite : Déplacer le curseur sur une raie du spectre de l'argon (par exemple ici celle de 420 nm). Entrer la longueur d'onde (ici 420nm) et le nombre de pixels correspondant (65.29). Faire de même pour la seconde ligne de l'étalonnage avec la raie 433.3 nm. Cliquer sur «OK». NB: Utiliser le point et non la virgule pour les nombres!!! En déplaçant le curseur, vous obtiendrez ainsi la longueur d'onde correspondante. Déplacer le curseur sur les raies noires du spectre de Rigel et commencer le remplissage du tableau en page.3 Ici la mesure de la longueur d'onde de la raie n 7 donne 493.05 nm. (Voir figure de capture ci-dessous)
Cliquer ensuite sur «partie 2» puis sur «partie 3» pour finir les mesures sur tout le spectre. Attention, il faut refaire un étalonnage. Le tableau ci-dessous donne les longueurs d'onde de certaines raies d'émission caractéristiques d'éléments chi miques. H : Hydrogène He : Hélium Mg : Magnésium Na : Sodium N raie 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (nm) 433,1 438,1 446,8 447,6 471,0 486,0 492,3 501,4 504,2 505,5 516,8 520,0 531,5 Elément He H He He Mg 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 545,1 556,1 560,4 563,5 587,1 613,6 615,6 627,6 634,3 636,3 639,8 656,2 657,9 667,9 686,7 He Exploitation des résultats : L étoile Rigel contient de l Hélium, de l Hydrogène et du Magnésium.
IV. Conclusion : A partir du schéma suivant, expliquer quelles sont les informations que nous apporte la lumière des étoiles. (La chromosphère est constituée de gaz moins chauds entourant l'étoile). Le spectre de la photosphère d une étoile, constituée d un corps chaud, est un spectre polychromatique continu. En traversant la chromosphère d une étoile, il y a absorption de certaines longueurs d ondes qui se traduisent par l apparition de raies noires sur le spectre continu. Ces raies sont caractéristiques des éléments chimiques présents dans la chromosphère d une étoile. Conclusion : L analyse du spectre de la lumière émise par une étoile permet d apporter des informations concernant la nature des éléments chimiques présents dans son chromosphère.