D'où vient le spectre continu du Soleil ?

[invite8084bd6f]

Bonjour tout le monde,

J'ai une question: d'où vient le spectre continu du soleil.

Les gaz étant en activités sont principalement l'hélium et l’hydrogène avec des raies d’émission bien précises. Pourquoi le soleil n’émet donc pas seulement sur ces raies?

Merci beaucoup

Pierre

P.S. Si l'on considère un spectre continu au centre du soleil, je comprends bien l'histoire de l'absorption par son atmosphère et tout ce qui va avec.

[invite8084bd6f]

Question sous-jacente... Si l'on chauffe de l’hélium et de l’hydrogène à très haute température, le spectre d’émission devient continu ?

[Paraboloide_Hyperbolique]

Bonsoir,

D'autres personnes répondront certainement de manière plus précise que moi. Cependant, l'émission lumineuse de la part de l'hélium et de l'hydrogène n'est pas due uniquement au spectre atomique (qui présente bien des raies), mais aussi du au rayonnement du corps noir (lié à l'agitation thermique des atomes).

[Gilgamesh]

Bonjour tout le monde,

J'ai une question: d'où vient le spectre continu du soleil.

Les gaz étant en activités sont principalement l'hélium et l’hydrogène avec des raies d’émission bien précises. Pourquoi le soleil n’émet donc pas seulement sur ces raies?

Merci beaucoup

Pierre

P.S. Si l'on considère un spectre continu au centre du soleil, je comprends bien l'histoire de l'absorption par son atmosphère et tout ce qui va avec.

Quand l'atome d'un gaz est rarement excité par les chocs (long libre parcours moyens entre collision) son rayonnement corps noir, qui existe toujours, est de faible intensité et il n'y a que dans le domaine de son spectre d'absorption où il y a un effet de résonance (il s'excite et se désexcite de façon très facilité à cette énergie incidente) ce qui donne naissance aux raies d'émission.

Si on augmente la densité du gaz, et donc qu'on raccourci le libre parcours moyens le taux d'émission augmente et finit par noyer la raie (qui existe toujours mais se traduit en fait par une absorption réemission dans toute les directions ce qui revient au même sauf que les dernières couches de gaz les moins dense continuent d'absorbe et de réemettre dans toutes les direction, ce qui se traduit par un affaiblissement de l'intensité émise dans un sens radial vers l'observateur (raie sombre).

Quelle que soit la densité, l'énergie des chocs est distribué selon une statistique de Maxwell Boltzmann qui ne dépend que de la température et à ce moment là les électrons qui "redescendent" vers l'orbite fondamental ont leur énergies distribuée selon cette statistique et statistiquement le spectre énergétique des photons émis est donc un reflet fidèle de l'énergie moyenne thermique des atomes de la matière.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitec1411666]

Bonjour,

Une subtilité que je ne comprends toujours pas à la lumière de vos explications c'est pourquoi, en vertu de l'agitation thermique, le corps noir émet de la lumière à des fréquences en dehors du spectre de raies des atomes? (Parce que bon, le corps noir il est de toute façon fait d'atomes, non ?)

Si on augmente la densité du gaz (...) le taux d'émission augmente et finit par noyer la raie (qui existe toujours mais se traduit en fait par une absorption réemission dans toute les directions ce qui revient au même sauf que les dernières couches de gaz les moins dense continuent d'absorbe et de réemettre dans toutes les direction, ce qui se traduit par un affaiblissement de l'intensité émise dans un sens radial vers l'observateur (raie sombre).

Ce que je veux dire c'est que, d'après ce que je sais, les atomes absorbent la lumière à des fréquences données et la réémettent, dans toutes les directions certes, mais à ces mêmes fréquences données. Donc, si tant est que le corps noir absorbe des raies il devrait réémettre... ces mêmes raies! C'est ça que je comprends: qu'est ce qui fait que, pour le corps noir, des nouvelles fréquences apparaissent et forment un spectre continu ?

Quelle que soit la densité, l'énergie des chocs est distribué selon une statistique de Maxwell Boltzmann qui ne dépend que de la température et à ce moment là les électrons qui "redescendent" vers l'orbite fondamental ont leur énergies distribuée selon cette statistique et statistiquement le spectre énergétique des photons émis est donc un reflet fidèle de l'énergie moyenne thermique des atomes de la matière.

j'arrive à peu près à comprendre que la courbe "en cloche" de l'intensité lumineuse du corps noir suit une répartition statistique fréquentielle . Mais, là encore, on pourrait se dire que cette répartition en fréquences suit uniquement les fréquences "permises", à savoir les fréquences du spectre de raies émises par les atomes qui composent le corps noir. D'où la question initiale: pourquoi le spectre est continu ?

[Paraboloide_Hyperbolique]

Bonsoir,

Si je ne me trompe pas, la partie continue du spectre ne provient pas des électrons liés. Elle peut provenir des électrons libres (dans le cas d'un gaz ionisé) et de l'agitation des atomes* (cas général). Concernant cette dernière contribution (agitation des atomes) l'émission se fait habituellement (dans notre vie quotidienne) dans l'infrarouge et nous est donc invisible (sauf en portant des lunettes infrarouge). On peut cependant le ressentir sous forme de chaleur à travers notre peau. Cependant, si l'agitation thermique devient suffisante, l'émission se fait aussi dans le visible (en chauffant par exemple une barre de fer "au rouge"); avec un spectre qui est continu.

*Gilgamesh y fait allusion au post #4.

[invitec1411666]

Oui mais bon, je comprends toujours pas

Ne m'en veux pas mais ta réponse me fait un peu penser au Malade imaginaire de Molière, où l'on explique que l'opium fait dormir grâce à sa "vertu dormitive", dans le sens où l'on expliquerait le spectre continu du corps noir par sa "vertu de corps noir" qui présente justement un spectre continu

Je vais prendre un exemple pour essayer de mettre en lumière mes interrogations.

Reprenons le spectre du soleil. Mettons que le soleil soit composé d'hydrogène, d'hélium, de sodium de fer etc.
Bon. Je peux m'amuser, en théorie, à construire un spectre constitué de l'addition de chacune des raies de chacun des atomes concernés.
Ensuite je peux aussi m'amuser, à partir de ce spectre, à donner une répartition d'énergie de ces raies (type statistique Maxwell-Boltzman) de façon à donner une courbe "en cloche" typique de l'intensité d'un rayonnement de corps noir en fonction de la fréquence de chacune des raies.

Donc on admettra que j'ai ainsi obtenu, par construction, un spectre discret de raies dont la répartition de l'intensité des raies est superposable à l'intensité du spectre réel du soleil. Sauf que, sur mon modèle théorique ainsi construit, il n'existe aucun photon entre les raies!

Et ma question c'est : d'où viennent les photons qui sont situés "entre les raies" ? Est ce qu'il s'agit de décalages spectrales ? (j'en sais rien moi, mais par exemple y'a ptète de l'Effet Doppler, ou de la relativité vu que dans l'agitation thermique j'ai des atomes et des charges qui passent le plus clair de leur temps à accélérer et à décélérer...) Quel est le rôle que jouent les électrons libres ? Ne peut-on pas obtenir un spectre continu de corps noir uniquement avec des électrons liés ?( parce que bon, si on prends un corps noir à une température de 300 K, j'ai du mal à croire qu'il y est statistiquement beaucoup d’électrons libres dans l'équation, et pourtant le spectre est bien continu...)

[Deedee81]

Salut,

En réalité, aucun spectre n'est continu..... ils sont tous formé de raies. MAIS :

Dans la plus part des gaz (c'est valable autant pour l'air, à cause des faibles températures, que pour la photosphère solaire qui est fortement ionisée) le spectre est essentiellement dû aux changements de translation des atomes (chocs entre atomes). Les effets de de changements d'états électroniques ne sont pas négligeables dans le cas du Soleil (raies intenses), je ne reviens pas dessus. Et les spectre discrets dus aux rotations et vibrations peuvent ne pas être négligeable à forte température ou pour certaines molécules.

Dans le cas des solides, c'est plutôt des vibrations du réseau.

Mais même dans le cas des translations, les atomes ne se déplacent jamais dans un espace infini. Il y a toujours une limite (enceinte de stockage, zone de la photosphère autour du Soleil). Et dans ce cas, les impulsions sont quantifiées. Et le spectre aussi. C'est aussi le cas des solides (phonons).

Mais étant donné la taille du système, le nombre de raie est phénoménal. Les raies sont ultraserées les unes contre les autres. Même pour un système de petite taille (une bouteille de gaz, un cube de métal d'un centimètre-cube, ...)

A cela il faut ajouter deux phénomènes :
- la largeur naturelle des raies. Etant donné le principe d'incertitude en mécanique quantique, les états n'ayant jamais une durée de vie infinie (sinon il n'y aurait aucune émission du tout !) leur énergie est imprécise.
- l'effet Doppler, surtout pour les gaz, fait que les raies émises par les atomes sont toutes légèrement décalées les uns par rapport aux autres. Cet effet est plus grand que le précédent (sauf à très basse température)

Le résultat est que les raies se superposent totalement. Et le spectre est vraiment continu cette fois !

J'espère que ce sera un peu plus clair (genre clair comme l'émission d'un corps noir à 3000 K )

[invite8084bd6f]

Merci à tous, c'est bien plus clair

[invitec1411666]

Le résultat est que les raies se superposent totalement. Et le spectre est vraiment continu cette fois !

J'espère que ce sera un peu plus clair (genre clair comme l'émission d'un corps noir à 3000 K )

Merci, c'est bien plus clair pour moi aussi!

[Gilgamesh]

Bonjour,

Une subtilité que je ne comprends toujours pas à la lumière de vos explications c'est pourquoi, en vertu de l'agitation thermique, le corps noir émet de la lumière à des fréquences en dehors du spectre de raies des atomes? (Parce que bon, le corps noir il est de toute façon fait d'atomes, non ?)

Une autre façon de se représenter la chose, je pense équivallente : une raie correspond à l'émission d'un atome dont l'électron passe d'une énergie bien déterminée E1 à un niveau plus bas E0. Dans l'émission thermique l'énergie de l'électron incident peut prendre tout un tas de valeur continue, et le photon émis lors du retour à un état plus ou moins fondamental est donc lui même émis dans un domaine d'énergie continue.