I)Compostion chimique d'une toile

1) Emission de lumière par une étoile : exemple du soleil

 

On prendra le soleil comme notre étoile-étalon car c’est l’étoile qui nous est la plus proche

L’étoile  Soleil

 

Le soleil est une énorme boule de gaz de rayon 700 000 km (110 fois celui de la Terre). Son cœur est extrêmement chaud, mais nous ne voyons que la photosphère, qui est une couche de gaz chaud, dense et opaque.

Elle est responsable du spectre d’émission continu d’origine thermique du soleil. La lumière émise éclaire tout le système solaire.

C’est donc de la photosphère que provient la quasi-totalité du rayonnement visible de l’astre.

 

Photosphère du soleil vu à travers un filtre

 

 

 La lumière émise par une étoile est donc produite par cette couche gazeuse externe appelée photosphère.

Cette couche est constituée de gaz chauds à haute pression, elle produit une lumière dont le spectre est continu.

 

On avait vu que c’était dans ces conditions (température élevée, haute pression) qu’on pouvait obtenir un spectre continu.

(« Un corps fortement chauffé, sous haute pression émet un rayonnement dont le spectre est continu »).        

 

2) Spectre de raies d’absorption : exemple le spectre du Soleil

 

Cependant en 1814, le physicien allemand Joseph Fraunhofer observa dans le spectre de la lumière solaire des raies d’absorption (Les raies d’absorption de ce spectre s’appellent les raies de Fraunhofer), on en connaît aujourd’hui 26 000.

 

Quelle est donc la cause de ces raies d’absorption ?

 

Pendant les 40 années qui suivent les physiciens vont s’interroger sur la nature de ces raies et leur cause, en particulier R. Bunsen et G. Kirchhoff,, l’un enseignant la chimie le second la physique.

Le spectre du soleil constitué d’une multitude de raies d’absorption

                                    

 

3) Interprétation du phénomène :

 

On sait que toutes les étoiles possèdent une photosphère qui est à l’origine du rayonnement de celles-ci.

 

En fait la lumière émise par la photosphère va traverser une autre couche de l’étoile, la chromosphère.

A la périphérie de la photosphère (c'est-à-dire dans la chromosphère) la température tombe à 4000 K. Dans cette partie, les conditions sont réunies pour qu’un phénomène d’absorption ait lieu.

 

Schématisation

 

 

 En effet, la chromosphère d’une étoile est constituée de gaz sous faible pression, ou la température est plus basse. Dans ces conditions, les atomes ou les ions présents dans ces gaz, absorbent certaines radiations émises. Ils sont donc responsables des raies d’absorption observées sur le spectre obtenu à partir du rayonnement de la photosphère.  

 

On sait d’après la 1ère partie qu’un gaz froid, à basse pression, éclairé par une source de rayonnement continu, absorbe certaines couleurs, produisant ainsi dans le spectre des raies d’absorption. Ce gaz absorbe les mêmes couleurs qu’il émettrait s’il était chaud. 

Chromosphère de l’étoile Soleil

 

4) Détermination de la composition chimique  d’une étoile :

 

Comment ces raies ont-elles permis aux astronomes de connaître la composition chimique de «  l’atmosphère » (chromosphère) d’une étoile ?

 

D’après la 1ère partie, une entité chimique (atome ou ion) n’absorbe que les radiations qu’elle est capable d’émettre. Un spectre de raies d’absorption est également caractéristique d’une entité chimique et permet d’identifier cette entité dans un gaz.

 

Donc dans le spectre d’absorption obtenu de la lumière émise par l’étoile, les longueurs d’onde de ces raies sont caractéristiques des éléments présents dans l’atmosphère de l’étoile. En  comparant le spectre d’absorption de la lumière émise par l’étoile aux spectres d’émission d’entités chimiques de référence, on pourra déterminer la composition de la chromosphère.

 

Ainsi les raies d’absorption du spectre d’une étoile permettent de connaître la composition chimique de son atmosphère.

 

C’est en connaissant ces propriétés de spectroscopie que Gustav Kirchhoff et Robert Bunsen déterminèrent certains éléments chimiques présents dans l’atmosphère du soleil à l’aide du spectre solaire. (Vers 1850)

 Par exemple, connaissant les raies des spectres d’émission de certains éléments comme le sodium et le calcium, ils constatent la présence de ces raies caractéristiques parmi les raies sombres du spectre solaire.

Il devenait donc possible, grâce à l'analyse spectrale, de déterminer la composition chimique d'un corps à distance, ce qui constituait une possibilité inespérée pour l'étude des corps célestes.

 

Ces milliers de raies d’absorption du spectre de la lumière du soleil appartiennent chacune aux spectres des différents éléments chimiques connus.

Le soleil est surtout composé d’hélium et d’hydrogène.

 

Commentaires (1)

1. Jean Rémi 08/11/2017

Interressant

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