TP physique n°6 2nde Le spectre de l'étoile Markab 1. Étude du ...

Physique
P1/CH3/TP n°6
Partie Chapitre
Exploration de l’espace Messages de la lumière
TP physique n°6 2nde
Le spectre de l’étoile Markab
Objectifs :
- Utiliser le spectre de la lumière reçue de l'étoile Markab pour déterminer les entités chimiques qui composent
son atmosphère ;
- Tracer une courbe d’étalonnage à l'aide d'un tableur - grapheur.
La spectroscopie fut une découverte très importante dans l'histoire de l'astronomie mondiale puisque grâce à elle, les
astronomes ont pu découvrir la structure et la composition des différentes planètes et des différentes étoiles qui entourent la
Terre.
La spectroscopie a aussi servi à découvrir de nouvelles entités chimiques présentes dans des étoiles ou dans des planètes mais
n'existant pas sur la Terre.
1. Étude du spectre d'émission du fer
Nous voulons, à partir d’un spectre d'émission du fer, tracer la courbe d’étalonnage d'un spectroscope. Cette courbe donne la
longueur d’onde λ d’une raie lumineuse en fonction d'une longueur L donnant la position de la raie sur le spectre d'émission.
À l'aide d'un spectroscope, on a obtenu le spectre d'émission du fer représenté sur la figure suivante. La position d'une raie
lumineuse sera déterminée par la distance L séparant la raie étudiée de la raie de longueur d'onde 404,4 nm prise comme
référence.
Sur le spectre du fer, mesurer avec précision, les longueurs L séparant la raie de 404,4 nm des 8 raies repérées par leur
longueur d’onde. Reporter les valeurs mesurées dans le tableau suivant.
L (mm) 0
λ (nm) 404,4 430,0 451,0 470,2 516,2 565,0 605,2 641,6
Le logiciel Regressi va nous permettre de tracer la courbe d’étalonnage λ = f(L). Pour cela,
- Aller dans Fichier, Nouveau, Clavier ;
- Compléter le tableau par les indications suivantes : L, mm, 0, 200, λ (touches ctrl+L), nm, 350, 700 puis cliquer sur OK.
- Entrer les valeurs de L et λ dans le tableau de valeurs. Le graphe se construit au fur et à mesure dans la fenêtre
Graphe.
Comment sont placés les points sur le graphe ?
Quelle courbe devons-nous tracer ? Passe-t-elle par 0 ?
Quelle est l’équation mathématique de cette courbe ?
Que représente b ?
Nous allons demander au logiciel de tracer la droite moyenne et d’établir son équation. Pour cela,
- Dans la fenêtre graphe, cliquer sur Début modélisation , sur Modélisation graphique , sur Droite et
enfin sur OK. Cliquer sur Ajuster ;
- Relever les valeurs de a et b indiquées dans le cadre Résultats de la modélisation et compléter l'expression suivante
de λ en fonction de L.
Préciser les unités utilisées pour λ et L : λλh= . . . . . . . . . × L + . . . . . . . .
- Cliquer sur Fin de modélisation .
- Aller dans Fichier, Imprimer ; cocher Expressions ; dans Variables cocher Tableau , Graphe, Modélisation ; ne pas
cocher Tableau dans Paramètres ; dans Imprimer cocher l’en tête et décocher Graduations cm ; dans le cadre En tête,
entrer «courbe d’étalonnage du spectroscope λ = f (L) - votre nom » puis, après accord du professeur, cliquer sur
Imprimer. Recommencer cette opération pour votre binôme.
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2. Détermination de la composition de l’atmosphère de l’étoile Markab
On veut déterminer les atomes ou les ions présents dans l’atmosphère de l’étoile Markab en étudiant son spectre d’absorption.
2.1. Où se trouve l'étoile Markab ?
Markab (d’origine arabe : selle) est une étoile distante d’environ 128 a.l. C’est l’étoile α de la constellation de Pégase.
2.2. Étude du spectre d'absorption de l'étoile Markab
La surface chaude des étoiles émet une lumière dont le spectre est continu. Certaines radiations de cette lumière traversant
l’atmosphère de l’étoile sont absorbées par des atomes ou des ions qui y sont présents. On obtient alors le spectre
d’absorption de l’étoile.
Des astrophysiciens ont obtenu le spectre d'absorption de l'étoile Markab avec le même spectroscope que celui utilisé pour le
fer.
Le fond du spectre est celui de la lumière blanche. Seules sont représentées les raies sombres : ce sont les raies d'absorption
dues aux éléments présents dans l'atmosphère de l'étoile. Ces raies sont numérotées de 1 à 5.
En pointillé, est représentée la position de la radiation de longueur d'onde 404,4 nm présente dans le spectre d'émission du
fer.
À quoi est dû le fond continu coloré du spectre de Markab ?
À quoi sont dues les raies d’absorption dans le spectre de Markab ?
Sur le spectre d’absorption de Markab,
mesurer la longueur L pour les
différentes raies (en prenant la raie
404,4 nm comme origine).
On veut déterminer les longueurs
d’onde des raies d’absorption de
Markab à l'aide de l’équation obtenue
avec Régressi. Dans le tableau cicontre,
poser et effectuer les calculs
donnant λ. Vérifier les valeurs de λ
avec la courbe.
4
Dans le tableau suivant, on donne les
longueurs d’onde d’émission de
quelques entités chimiques. En tenant
5
compte des incertitudes sur les
mesures, entourer dans le tableau
suivant, les longueurs d'onde calculées précédemment.
Atome ou ion He 2+ H Mg Na Ca + Ni
Longueur d’onde
λ (nm)
raies numérotées L (mm) λ (nm)
587,6 656,3 518,4 589,0 393,4 508
501,6 486,1 517,3 589,6 396,8
447,3 434 516,7
414,4 410,2
404,6 398,4
En déduire les atomes ou ions présents dans l’atmosphère de Markab. Justifier votre réponse.
1
2
3
404,
2