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7/21/2019 La lumière dans tous ses états.pdf
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La lumière dans tous s
états
Mehdi Bozzo-Re mehdi ex loresciences.c
aurore boréale vue arc en ciel primaire, secondaire et bande
d’Alexandre, Coe Hill, Ontariolentille gravitationnelle, données HST
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Historique: dualité onde-corpuscule
Isaac Newton (1643-1727): particules ayant une masse
Maxwell (électromagnétisme, 1864): la lumiére est une onde (visible
Einstein(1905): effet photoélectrique: la lumiére est constituée de ph
photoele
cylindre
fentes de Young: interférences
(wikipedia
)
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La lumiére blanche - pas si blanche que ça
arc en ciel : diffraction / réfraction
(gouttelettes d’eau) : caractére
ondulatoire de la lumière
dispersion - prisme
réflexion - prisme
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Le ciel bleu
ciel bleu, couleur rouge au coucher de soleil : diffusion - épaisseur e
de l’atmosphère
- plus de diffusion : rouge
- moins de diffusion: bleu
Exemple: Marseille vs Everest
marseille
e
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Diffusion et réfraction
diffusion rayleigh: isotrope, inverse de lalongueur d’onde à la puissance 4
diffusionrefraction arc en ciel, wi
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Un peu plus compliqué - auror es boréales
émission de lumière par désexcitation électronique
aurore boréale
émission ato
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Le soleil, un corps noir ?
Corps noir: corps qui absorbe tout le rayonnement électromagnétiqu
rayonnement dépend uniquement de sa température
Loi de Wien: la longueur d’onde pour laquelle un corps a son maximest inversement proportionnel à sa température
La couleur des étoiles est directement liée à leur température !
comparaiset corps n
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Halloween est déjà passé, mais parlons de s
Spectre d’émission: caractérise une espéce chimique. Par exemple,
(wikipedia):
Spectre d’absorption: caractérise aussi une espéce chimique. Lorsqu
passe à travers un milieu “transparent” (gaz), certaines longueurs d’o
absorbées.
types de spectres
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Le soleil: bandes d’absorption
Comment expliquer le spectre du soleil (et en particulier les bandes d’
2 processus: corps noir + gaz “froid”(atmosphére de l’étoile)
Nous avons donc accés à la composition de l’atmosphére des éto
raies de Fraunhofer (wikipedia)
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Petit classement des étoiles
diagramme de Hertzsprung Russell (H-R)
magnitude intrinséque (luminosité) en
fonction de la température
évolution stellaire: durant sa vie, une étoile
va occuper différentes positions sur le
diagramme H-R
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Et notre soleil alors ?
évolution du soleil (w
Cat’s eye nebula (NGC6543), même masse
que notre soleil (wikipedia)
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Chandelles cosmiques
céphéides: en 1908, H. Leavitt découvre les étoiles variables céphéid
période est fonction linéaire de leur luminosité absolue: mesurer la p
d’une céphéide permet de déterminer sa distance ! (jusqu’à 20 mega
6.523MLy)
Supernovae de type Ia: systéme binaire comportant une naine blanc
blanche capte une partie de la masse de son compagnon et son coetempérature suffisante pour la fusion du carbone … et c’est l’explosio
quelques secondes … Le processus physique (donc la luminosité) e
permet de déterminer sa distance
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Tout marche bien quand rien ne bouge
Décalage vers le rouge et voiture de police● Effet Doppler:
○ lorsque la voiture de police arrive vers nous à haute vitesse: son aigu (haute
courte longueur d’onde)
○ la voiture nous dépasse : son plus bas (lfréquence plus basse donc plus long
onde)
● son et lumiére: ondes donc le même processus s’applique
● longueur d’onde plus courte = décalage vers le bleu, longueur d
grande = décalage vers le rouge
● sur un spectre, les raies ne sont “pas à la bonne place”
Un décalage vers le rouge est aussi causé par la gravitation et l’expa
univers
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z: décalage vers le rouge
Si z est trés petit comparé à 1 (la galaxie s’éloigne à
une vitesse petite comparé à la vitesse de la lumiére)alors:
● la vitesse de la galaxie est : v=c z, c étant la
vitesse de la lumiére
● tadpole galaxy: z=0.031358 (mesure de z par lespitzer space telescope)
● v = 300 000 * 0.031358 = 9407 km/s !
redshift
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Grâce à la lumiére, nous pouvons donc ...
mesurer la composition de l’atmosphére des étoiles
déterminer quelle va être l’évolution des étoiles
mesurer la distance des objets dans l’univers
mesurer la vitesse des galaxies
d l i ’ t d d l é
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regarder loin c’est regarder dans le passé
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Tadpole galaxy(425Mly) : traitement des données du télescope spatial Hubble
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Quel “âge” a cette image?
● Distances et temps en astronomie sont intimement liés car la lum
déplace à une vitesse finie (300 000 km/s)● 425 Mly signifie que la lumiére de la galaxie collectée par la cam
télescope spatial a quitté la galaxie il y a … 425 millions d’année
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425 Ml Sil i
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425 Mly … Silurien
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425 Ml th d
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425 Mly … arthropodes
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Bonus 1: détection d’exoplanétes
courbe intensité - principe
courbe intensité - mesure
Bonus 2: lentilles gravitationnelles
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Bonus 2: lentilles gravitationnelles
La courbure de l’espace temps par la matiére/énergie non seulemen
trajectoire des rayons lumineux et peut aussi agir comme une lentille
http://www.physast.uga.edu/~rls/1020/s3/S3-19.jpg
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Projet LFT: Sciences et Astronomie
Présentations définition et validation de projets
Exemples de projets
- calcul de la profondeur de cratères lunaires
- calcul de la taille de la grande tache rouge de jupiter
- vitesse d’expansion de la bulle de gaz d’une supernovae
- validation de l’existence de planètes extra-solaire (méthode du transit - “light curve”)
- spectroscopie: spectre d'absorption de planètes (ex: Neptune, détection du méthane)
- spectroscopie: détection du redshift de galaxies / quasars- catégorisation des types de galaxies à partir des données du télescope Hubble
- reconstitution de l’impact de la comète SL9 avec Jupiter à partir de données de sondes spatiales
- introduction à la météorologie pour les planètes du système solaire : mars
- de l’acquisition à l’image finale: analyse du processus de calibration, effets thermiques
- les planètes du système solaires vues par les sondes spatiales
- imagerie planétaire, défis et méthodes
- imagerie du ciel profond, défis et méthodes