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astrophysique by T62M4Q

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									                                      TRAVAUX PRATIQUES DE PHYSIQUES
                                         Spectres de la lumière des étoiles
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Objectifs :
           Déterminer les longueurs d’ondes de certaines raies d’absorption dans une partie du spectre du Soleil
           Identifier les entités chimiques présentes dans la chromosphère, enveloppe gazeuse entourant le Soleil
           Comprendre les méthodes utilisées par les astrophysiciens pour faire des recherches sur les
            exoplanètes
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                I. Identification d’entités chimiques dans l’atmosphère du Soleil

« Dès 1814, le physicien allemand Fraunhofer remarque la présence de raies noires dans le spectre du Soleil.
Kirchhoff mesure la longueur d’onde de plusieurs milliers de ces raies et montrent qu’elles coïncident avec celles
émises par diverses entités chimiques :hydrogène, calcium, cuivre, fer, zinc, […]. Il publie, en 1861, le premier
atlas du système solaire. »

Le document ci-contre représente :

En noir et blanc, un extrait du spectre visible du Soleil. Les principales raies d’absorption (repérées par un
numéro) sont représentées par un trait noir ;

Un extrait du spectre de raies d’émission de l’argon obtenu avec le même spectroscope. Ces raies (traits blancs)
servent de référence de longueur d’onde.




           Etude du spectre de l’argon

Mesurer les distances L, en mm, entre la raie d’émission de 390 nm et les autres raies d’émission.

 Longueur
d’onde λ en              390
    nm

Distance L
                          0
  en mm


           Etude du spectre du soleil

Mesurer les distances, en mm, entre la raie d’émission de 390 nm et les différentes raies d’absorption du spectre
du Soleil.


Numéro
                  1        2        3         4        5        6        7        8        9       10        11       12       13       14        15
de la raie


Distance
 en mm
                               TRAVAUX PRATIQUES DE PHYSIQUES
                                  Spectres de la lumière des étoiles


    1.     Que représentent les raies noires dans le spectre du soleil de Fraunhofer ?
    2.     Quel est l’intérêt des travaux de Fraunhofer et de Kirchhoff ?
    3.     Tracer sur papier millimétré, le graphique donnant λ en fonction de L pour les raies d’émission de
           l’argon.
    4.     En déduire, à l’aide de la courbe d’étalonnage, les longueurs d’onde des raies d’absorption du Soleil.
    5.     A partir des données figurant dans le tableau ci-après, associer à chaque raies d’absorption l’entité
           chimique (ion ou atome) présente dans l’atmosphère du Soleil.

    H           656.3     486.1               434
    Na          589.0         589.6
    Mg          470.3         516.7
    Ca          422.7         458.2          526.2
      2+
   Ca           396.8
    Fe          483.3         489.1          491.9          495.7         532.8         537.1              539.7
    Ti          466.8         469.1          498.2
    Mn          403.6
    Ni          508.0
Longueurs d’onde (en nm) de certaines raies caractéristiques de quelques entités chimiques

    6.     Montrer, par un schéma simple, la raison pour laquelle on n’obtient que le spectre d’absorption de la
           chromosphère, enveloppe de gaz entourant le Soleil.

           II. La planète extrasolaire et sa trop chaude atmosphère
Pour la première fois, des astronomes américains ont détecté et analysé l'atmosphère d'une planète extrasolaire.

28/11/2001 - Grâce au télécospe spatial Hubble, David Charbonneau de l'Institut de technologie de Californie, à
Passadena, et Timothy Brown du Centre national de la recherche atmosphérique, dans le Colorado, ont observé
l'atmosphère d'une planète, située en dehors de notre système solaire.

Cette exoplanète se trouve dans la constellation du Pégase, à environ 150 années-lumière de la Terre. Elle orbite
autour d'une étoile baptisée HD 209458 en effectuant une révolution de 3,5 jours. D'une taille approximative à
celle de Jupiter avec une masse 70 fois supérieure, cette planète extra-solaire se trouve beaucoup trop près de
son soleil pour que la vie, telle que nous la connaissons sur Terre, s'y développe. En effet, la température de
surface avoisine les 1 100 degrés Celsius.

Les scientifiques ont détecté l'atmosphère de la planéte découverte en 1999, car tous les trois jours et demi, ils
peuvent observer une très légère baisse de luminosité de HD 209458. Cette éclipse quasi-imperceptible est due
au passage de la planète entre l'étoile et le point d'observation.

Les astrophysiciens ont eu recours à la spectroscopie pour analyser les variations du spectre lumineux émis par
l'étoile HD-209458 et filtré par l'atmosphère de sa planète. Certaines longueurs étant absorbées par des éléments
chimiques, les scientifiques ont ainsi pu mettre en évidence la présence de sodium dans les couches extérieures
de la planète.

Pour les scientifiques, il n'en s'agit pas moins d'une "découverte majeure". Celle-ci "ouvre une nouvelle phase
enthousiasmante dans l'exploration des planètes extrasolaires, au cours de laquelle nous allons pouvoir
commencer à comparer les atmosphères de planètes gravitant autour d'autres étoiles", s'exclame David
Charbonneau. Désormais, les astronomes vont se mettre en quête d'autres exoplanètes dont l'atmosphère
pourrait contenir des molécules - méthane, dioxyde de carbone, voire vapeur d'eau - appelées "biomarqueurs",
qui indiqueraient que cette terre lointaine est habitable, et donc, peut-être, habitée.


      1.    Par quel phénomène les astrophysiciens ont-
            ils pu repérer cette planète ?
      2.    Expliquer comment il est possible de
            déterminer la composition de l’atmosphère de
            la planète.

								
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