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.






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.



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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