1ère S
Les étoiles ont-elles toutes la même couleur ? Pourquoi ?
Comment les astronomes parviennent-ils à apprendre autant de choses sur les étoiles simplement en recueillant et en analysant leur lumière ?
1) Observons les étoiles…
Ouvrons le logiciel Stellarium®, logiciel très réaliste du ciel étoilé (téléchargeable gratuitement en allant de préférence sur le site http://www.stellarium.org/fr/)
① Commençons par y observer la Voie lactée. Il s’agit d’un « chemin laiteux » dans le ciel ; la légende dit que la déesse grecque Héra perdit du lait alors qu’elle donnait le sein à Hercule et que ce lait se répandit dans le ciel… Expliquez cet aspect d’écharpe blanche assez étroite.
② Cherchons (en avançant le temps si nécessaire), la constellation d’Orion et ses 2 principales étoiles : Rigel et Bételgeuse. Ces 2 étoiles ont-elles la même couleur ?
2) Spectres d’étoiles
Les astronomes parviennent à recueillir la lumière des étoiles de manière amplifiée puis à la décomposer. Ils obtiennent ainsi les spectres d’étoiles.
Les 2 spectres qui suivent sont ceux de Rigel et de Bételgeuse :
Questions :
①Comment, selon vous, les astronomes parviennent-ils à « recueillir la lumière des étoiles de manière amplifiée puis à la décomposer » ? (De quel matériel ont-ils besoin ?)
② Notez les différences et les points communs des 2 spectres.
Par la suite, on ne s’intéressera pas (pour le moment…) aux raies (ou bandes) noires des spectres mais uniquement aux fonds colorés de ceux-ci. On considèrera donc les spectres comme continus (sans raies, ni bandes).
③On a obtenu les profils spectraux (ci-dessous) des 2 étoiles citées précédemment : A quelle étoile correspond le profil 1 ? et le
profil 2 ? Justifiez vos réponses
3) Du spectre à la température de l’étoile…
Il existe une loi mathématique (loi de Wien) qui établit un lien entre la température de surface de l’étoile (en degrés Kelvin) et la longueur d’onde λmax (en m) de la radiation correspondantàl’intensitélumineuse maximale
Exercice d’application
①Déduire des 2 courbes ci-contre, la valeur de λmax (Soleil) et celle de λmax (Bételgeuse).
②Après avoir converti ces 2 valeurs en m, calculez (à l’aide la loi de Wien) la température de surface de chacune de ces étoiles en Kelvins, puis en °C.
③La température de surface de Rigel est estimée à 12000 K. En déduire la longueur d’onde λmax (Rigel).
④ Dans quel domaine de rayonnement émet majoritairement Rigel ? et Bételgeuse ?
⑤Répondre à la question du titre de l’activité.
COMPETENCE ATTENDUE
Exploiter la loi de Wien, son expression étant donnée.
Loi de Wien
λmax (en m) T, en Kelvins (K) T(K) = ϴ(°C) + 273
BETELGEUSE SOLEIL
Profil 1
Profil 2
CORRECTION 1) Observons les étoiles…
① Notre galaxie est un disque assez plat renflé au centre.
En dehors de ce disque (au-dessus et au-dessous) il y a donc beaucoup moins d’étoiles, tout au moins d’étoiles lointaines puisque notre galaxie ne fait que 1000 a.l d’épaisseur. Il est donc logique que l’on observe comme une écharpe d’étoiles autour de nous. A noter que le centre de la galaxie (constellation du sagittaire) est particulièrement « laiteux » puisque c’est la zone de l’écharpe où il y a le plus d’étoiles.
② Le logiciel Stellarium montre que Bételgeuse est orange et que Rigel est blanc-bleuté.
La photo ci-contre permet aussi de différencier la couleur de ces 2 étoiles :
2) Spectres d’étoiles
① A l’aide de télescopes géants couplés à des spectroscopes.
②Les 2 spectres montrent un même fond coloré (sauf qu’on ne voit pas le violet le bleu pour Bételgeuse) allant du violet (à gauche) vers le rouge (à droite). Hormis le violet et le bleu qui sont absents du spectre de Bételgeuse, on constate qu’il y a des raies (ou des bandes) noires sur les 2 spectres mais à des endroits qui ne sont pas forcément les mêmes.
③ Profil 1 : Bételgeuse ; profil 2 : Rigel 3) Du spectre à la température de l’étoile…
① λmax (Soleil) ≈ 500 nm ; λmax (Bételgeuse) ≈ 1000 nm
② Pour le Soleil, λmax (Soleil) ≈ 500 nm = 5,0.10-7 m
La loi de Wien donne T(Soleil) = 2,9.10-3 / λmax (Soleil) = 2,9.10-3 / 5,0.10-7 = 5800 K Pour Bételgeuse, λmax (Bételgeuse) ≈ 1000 nm = 1,0.10-6 m
La loi de Wien donne T(Bételgeuse) = 2,9.10-3 / λmax (Bételgeuse) = 2,9.10-3 / 1,0.10-7 = 2900 K Remarque : pour avoir ces températures en °C, il faudrait juste enlever 273…
Bételgeuse
Rigel
③ On applique la loi de Wien et on a λmax (Rigel) = 2,9.10-3/12000 = 2,41.10-7 m ≈ 240 nm
④ Rigel émet donc majoritairement dans l’ultraviolet (puisque 240 nm ˂ 380 nm) tandis que Bételgeuse émet majoritairement dans l’infrarouge (puisque 1000 nm ˃ 780 nm)
remarque : Bételgeuse est une étoile supergéante rouge en fin de vie et devrait exploser très violemment…prochainement…
Voir http://www.dailymotion.com/video/xgrrs6_betelgeuse_tech
