I. Définition

II. Composition chimique des astres

III. Vitesse des étoiles

IV. Température des étoiles

 

I. Définition

En physique, la spectroscopie est l'ensemble des méthodes d'analyse spectrales renseignant sur la composition et la structure de la matière.

La spectroscopie est l'étude des spectres lumineux et, plus généralement, des spectres des rayonnements électromagnétiques émis, absorbés ou diffusés par des sources lumineuses ou des milieux matériels. Pour cela, les scientifiques disposent de plusieurs types d'appareils de mesure. La spectroscopie est un appareil qui permet de produire et d'observer un spectre à partir d'une source lumineuse que l'on veut analyser (une étoile ou une flamme par exemple). Le spectrographe fournit un enregistrement photographique des spectres. Le spectromètre donne une mesure des spectres. Enfin, le spectrophotomètre permet la comparaison quantitative de deux spectres.

La spectroscopie a des applications en analyse chimique et en astrophysique et a une grande importance car elle permet de déterminer la composition chimique d'une substance inconnue.

Les spectres d'émission et d'absorption permettent d'accéder à la composition chimique des substances étudiées. Les propriétés physiques des molécules, des atomes, et des noyaux atomiques fournissent des methodes d'analyse très sensibles, en particulier en présence de champs (cf. l'effet Zeeman, et la résonance magnétique nucléaire).

Divers types de spectroscopie existent comme la spectroscopie infrarouge (IR), la spectroscopie ultraviolet (UV), la spectroscopie à rayons X (voir Moseley), la spectroscopie gamma, la spectroscopie Raman, la R.M.N. ou résonance magnétique nucléaire, la spectroscopie Auger.

Elle est à la base de la classification stellaire et des premières détections indirectes de planètes extrasolaires. Elle a également permis de déceler dans les atmosphères des planètes géantes la présence d'hydrogène, d'acétylène et d'autres molécules organiques.

II. Composition chimique des astres

L'observation des étoiles, des planètes et de leur satellites à l'aide de spectroscope fournit des informations précieuses sur la nature des éléments chimiques qui les composent. Par exemple, grâce à une analyse de la lumière du Soleil par un spectrohéliographe, on a pu déterminer avec précision l'origine de ses différents constituants. Déjà, en 1814, Fraunhofer avait mis en évidence les raies d'absorption du spectre solaire, appelées depuis raies de Fraunhofer, au moyen du spectroscope qu'il avait conçu. C'est ainsi qu'on découvrit l'élément hélium dans le soleil, avant même que ne soit détectée sa présence sur la Terre. Autre exemple de découverte dûe à la spectroscopie : l'analyse spectrale des anneaux de Saturne a montré que ces derniers sont essentiellement composés d'ammoniac solide. Par ailleurs, il est interessant d'étudier le comportement des éléments chimiques des étoiles, car ceux-ci sont soumis à des températures et à des pressions extrêmes, impossibles à reproduire sur Terre. Ainsi, certaines raies découvertes dans les spectres nébuleuses furent longtemps attribuées à un élément inconnu sur Terre, qu'on dénomma "nébulium". Aujourd'hui, les scientifiques savent que ces raies sont en fait produites par des éléments connus, mais sujets à des conditions de vide très poussées.

III. Vitesse des étoiles

Un déplacement de la position des raies spectrales se produit lorsque la source de radiation s'approche ou s'éloigne de l'observateur. Ce déplacement des longueurs d'onde, connu sous le nom d'effet Doppler, donne une valeur relativement précise de la vitesse relative des sources de radiation. En général, le déplacement vers le rouge des raies spectrales d'une étoile indique que celle-ci s'éloigne de la Terre. Sa vitesse d'éloignement peut être alors calculée à partir de la valeur du déplacement des raies. Inversement, si l'étoile se rapproche de la Terre, le spectre est décalé vers le violet. Les déplacements de raies observés dans les spectres des galaxies prouvent que l'Univers est en expansion.

IV. Température des étoiles

Dans un gaz, toutes les molécules sont en mouvement constant, si bien que, lors d'une analyse spectroscopique de ce gaz, certaines molécules se déplacent vers le spectroscope et d'autres s'en éloignent. Du fait de ce mouvement, les longueurs d'onde de certains photons sont plus courtes que d'autres, ce qui provoque un léger élargissement des raies spectrales. Cet élargissement s'accroît avec l'élévation de la température, qui est en effet proportionnelle au carré de la vitesse moyenne des molécules. Aussi, la mesure de la largeur de certaines raies spectrales fournit des renseignements précieux sur la température de la source lumineuse.

© 2003-2004 Groupe 18 .
Tous droits réservés .