Décomposition de
la lumière des étoiles.
Concours Capes 2015
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Détecter
une planète n'est pas chose facile et les observations directes sont
rendues quasi impossibles à cause de la faible luminosité des planètes
comparées à celles des étoiles autour desquelles elles gravitent. C'est
donc à la lumière des étoiles elles-mêmes que les astrophysiciens
s'intéressent dans le but de détecter, de manière indirecte, la
présence d'une planète extrasolaire.
L'obtention puis l'analyse quantitative du spectre de la lumière
provenant d'étoiles lointaines nécessitent un matériel de pointe. A
l'inverse, les premières expériences d'analyse de la lumière solaire
ont été réalisées il y a plusieurs siècles avec du matériel
rudimentaire.
Que représente cette célèbre gravure?
La décomposition de la
lumière solaire par un prisme de verre.
Un professeur souhaite réaliser en classe une expérience de cours pour
des élèves de seconde illustrant l a décomposition de la lumière
blanche.
Dresser la liste du matériel nécessaire à cette expérience.
Réaliser un schéma légendé du montage. Représenter sur ce schéma le
spectre coloré obtenu.
Rétroprojecteur sur
lequel on place un carton noir percé d'une fente de 1cm de large et 20
cm de long. Placer un réseau 600
traits sur la lentille du rétroprojecteur.
Orienter
le miroir pour une observation murale.
Les
différentes couleurs observées, ainsi que les deux domaines limites au
domaine du visible :
Quelles
sont les compétences attendues figurant au programme de la classe
de Seconde qui peuvent être travaillées à l'occasion de cette
expérience ?
- Utiliser un système dispersif pour
visualiser des specrres d'émission et d'absorprion et comparer ces
spectres à celui de la lumière blanche.
- Interpréter
qualitativement la dispersion de la lumière blanche par un prisme.
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Spectre
simplifié de la lumière émise par le Soleil.
Justifier son allure. Proposer une activité réalisable en classe.
Problématique
: pourquoi l'atmosphère du soleil
empêche-t-elle d'observer un spectre continu ?
Prérequis :
- savoir qu'un corps
chaud émet un rayonnement conlinu, dont les propriétés dépendent de la
température ;
- repérer, par sa longueur d'onde dans un spectre d'émission ou
d'absorplion une radiation
caractéristique d'une entité chimique.
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Questions
et corrigés :
- Quel type de spectre donne
la lumière émise par le soleil ?
Le spectre de la
lumière émise par le soleil est un spectre continu s'étalant du rouge
au violet.
L'atmosphère du
soleil contient des éléments chimiques. La partie haute
de l'atmosphère absorbe partiellement la lumière émise par la partie
basse. Des raies d'absorption apparaissent dans le spectre continu.
- Qu'appelle t-on
photosphère ? chromosphère ? Quelles sont leurs températures ?
La photosphère, fine couche de gaz d'épaisseur 350 km, entoure le
soleil. Sa température est comprise entre 5500 et 6000 °C. La
chromosphère désigne l'atmosphère du soleil ; son épaisseur est de
l'ordre de 2000 km ; sa température peut atteindre à certains endroits
104 °C.
- Quel aspect du spectre
prouve l'existence de la chromosphère ?
La présence de raies d'absorption prouve l'existence d'une atmosphère
autour du soleil.
- Pourquoi l'étude des
longueurs d'onde des raies noires permet-elle de connaître la
composition de la chromosphère ?
Un spectre de raies d'absorption ou d'émission est caractéristique d'un
atome ou d'un ion.
- Quel est l'intérêt de
fournir le spectre de l'argon ?
Le
spectre de l'argon permet de trouver la correspondance entre longueur
d'onde en nm et les mesure en mm : 40 mm correspondent à 40 nm
- Citer trois éléments
identifiables dans la chromosphère ?
H : 410 nm( raie 3) ; 434 nm ( raie 5) ; 486 nm ( raie 8 ).
ion calcium Ca2+ : 393 nm ( raie 1 ) ; 397 nm ( raie
3).
Fer : 438 nm ( raie 6) ; 491 nm ( raie 9 ) ; 495 nm ( raie 10 ) ; 519
nm ( raie 13 ).
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