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Les types spectraux

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Le spectre continu

Un corps solide ou un corps gazeux sous haute pression, porté à haute température, émet un spectre continu de lumière. Les couleurs se succèdent sans aucune interruption.

Un spectre en continu.
La décomposition de la lumière blanche : un spectre continu.

Le spectre en émission

Le spectre d'un gaz ténu et chaud est constitué de raies alternées brillantes, on parle de spectre en émission. La configuration d'une suite de raies est spécifique à un élément chimique donné ; elle constitue sa « signature » spectrale.

Un spectre en émission.
Un spectre en émission.

L'étude d'un spectre en émission d'un gaz monoatomique se réalise en laboratoire. Une lampe au sodium basse pression émet une lumière jaune-orangée, son spectre est caractérisé par une double raie intense dans la partie jaune-orange du spectre. Une lampe à vapeur de mercure à haute pression émet sur une plage plus importante du spectre, sa lumière est pour cette raison d'un rendu blanc-bleuté.
Un gaz excité perd de l'énergie en émettant son rayonnement, il faut donc continuellement en apporter sous forme électrique ou thermique. Pour une source de lumière astronomique, l'énergie est amplement élevée pour entretenir ce phénomène par dissociation des molécules en atomes. Il est donc possible d'y retrouver l'identité des éléments chimiques entrant dans leurs compositions.

Le spectre en absorption

Si les atomes peuvent restituer un rayonnement lorsqu'ils sont exposés à une forme d'énergie, sous certaines conditions, ils peuvent également en absorber. L'analyse d'une lumière traversant un gaz monoatomique froid montre une extinction sélective de certaines longueurs d'ondes. Ces spectres présentent des raies sombres qui montrent que la lumière a été sélectivement absorbée.

Un spectre en absorption.
Un spectre en absorption.

L'analyse d'un spectre

Pour un même élément chimique, les raies se retrouvent aux mêmes longueurs d'ondes, qu'elles soient en émission ou en absorption. Le type du spectre dépend uniquement des conditions physiques au sein de la source analysée. Il est donc possible de connaître la composition d'un corps à distance par comparaison depuis le spectre d'élément(s) connu(s) par analyse en laboratoire. Le spectre d'un corps composé présente l'ensemble des raies spectrales de ses éléments chimiques.

Spectre en absorption Spectre en émission

Spectre en émission                                                                        Spectre en absorption

Toutes les étoiles, à l'image de notre Soleil, sont composées de gaz sous haute pression, elles émettent un spectre continu. Leurs spectres présentent cependant des raies en absorption ; les régions superficielles, bien plus froides, absorbant sélectivement cette émission. Seule la connaissance de la nature quantique de la lumière permettra de comprendre l'origine de ces phénomènes.

Classification spectrale

Classification spectrale
Type
spectrale
CouleurT°C surfaceRaies intensesNotation spectrale
WBleue50000-35000Nombreuses raies d'émissionHeII, HI=Hα, Hβ
OBleue-blanche35000-25000Hélium ioniséHeII
BBleue-blanche25000-10000Hélium neutreHeI
ABlanche10000-7500Raies de l'hydrogène (série de Balmer)HI
FJaunâtre7500-6000Raies de métaux ionisés : calcium ionisé...CaIV
GJaune6000-5000Raies de métaux neutres et de métaux ionisés : calcium...Ca, CaIV
KOrange5000-3500Raies de métaux neutres et d'oxydes de titaneFe, TiO
MRouge< 3500Bandes d'oxydes de titaneTiO

Spectrométrie au CALC

Matériel Spectrométrie

La spectrométrie consiste à décomposer la lumière provenant d'une source lumineuse en ses différentes composantes de couleurs.
Cette technique permet d'analyser la composition de cette lumière et d'obtenir des informations sur la source lumineuse.
Les instruments permettant de faire de la spectrométrie sont appelés spectromètres.
En astronomie, cette technique est largement utilisée dans l'Ultra-violet (UV), l'optique et l'infrarouge (IR).
Le spectromètre associé à un télescope permet d'obtenir des informations scientifiques importantes sur la composition, la distance et nombreux autres paramètres physiques d'astres divers comme les étoiles, nébuleuses ou galaxies.

Dispositif


- Télescope Meade ACF 355mm
- Spectro Alpy 600 avec fente 23 microns
- Caméra d'acquisition ATIK 460EX
- logiciel ISIS-5.4.0

Les types spectraux B, A, G et M

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- Les spectres des étoiles de type spectral B présentent les raies visibles d'absorption de l'hélium et les raies de l'hydrogène ou raies de Balmer ; température effective comprise entre 10 000K et 25 000 K.
- Dans le type spectral A, les raies de l'hélium ne sont plus visibles, les raies de Balmer sont particulièrement intenses et on commence à voir apparaître des raies de métaux ionisés ; température effective comprise entre 7500K et 10 000 K.
- Le spectre de type G (ici celui du Soleil) présente de nombreuses raies de métaux ionisés ou neutres tandis que l'intensité des raies de Balmer diminue ; température effective comprise entre 5 000K et 6 000 K.
- Dans le spectre de type M, on ne voit pratiquement plus de raies de l'hydrogène, mais de nombreuses raies de métaux neutres et de molécules comme CN, CH, TiO, etc... ; température effective inférieure à 3 500 K.

Les sous-types spectraux d'étoiles de même type spectral A : A0, A1, A2, A3, A4, et A7

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Chaque type spectral est subdivisé en sous-types correspondant à des spectres d'étoiles de températures effectives différentes ; températures effectives décroissantes de A0 à A7.




 Dossier sur la spectrométrie

Pour les personnes intéressées contactez : Jacques M, Pascal L

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