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spectre de la lumière solaire

  1. #1
    betatron

    spectre de la lumière solaire

    bonjour,
    le spectre d'une source de lumière est constitué de raies qui correspondent aux diverses transitions électroniques des atomes (et à d'autres choses, comme le dédoublement dû au spin, etc...)
    Mais on dit que la lumière du Soleil est "blanche": l'ensemble des transitions pour tous les éléments qu'on trouve sur le Soleil parvient-il à couvrir de raies vraiment tout le spectre de IR à UV? Ou bien l'impression blanche n'est-elle que très approximative? De plus, il faudrait pour cela qu'elles aient toutes la même intensité, ce qui serait un hasard encore plus étonnant.
    En un mot, que voit-on réellement sur un spectre solaire?

    Edit: et dans quelle mesure cela a-t-il un rapport avec le fait que le Soleil soit assimilé à un corps noir?

    -----


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  3. #2
    Jeanpaul

    Re : spectre de la lumière solaire

    Les atomes émettent un spectre de raies quand ils sont isolés donc en très faible interaction avec les atomes voisins. Quand on augmente la pression, les raies commencent par s'élargir et ensuite elles fusionnent quand on a un plasma comme la surface du Soleil, d'où l'approximation de corps noir.
    Quelques raies parviennent quand même à émerger quand les atomes sont un peu libres.

  4. #3
    LPFR

    Re : spectre de la lumière solaire

    Bonsoir.
    En ce qui concerne la blancheur de la lumière du soleil, elle est blanche parce que nous avons décidé que la lumière du soleil s'appelle "blanche". Les habitants d'autres systèmes planétaires la trouveront sans doute jaunâtre ou bleuâtre. Et ils trouveront que "leur" soleil fait de la vraie lumière blanche.
    Mais même un daltonien trouve la lumière du soleil blanche.
    Au revoir.

  5. #4
    betatron

    Re : spectre de la lumière solaire

    Citation Envoyé par Jeanpaul Voir le message
    Les atomes émettent un spectre de raies quand ils sont isolés donc en très faible interaction avec les atomes voisins. Quand on augmente la pression, les raies commencent par s'élargir et ensuite elles fusionnent quand on a un plasma comme la surface du Soleil, d'où l'approximation de corps noir.
    Quelques raies parviennent quand même à émerger quand les atomes sont un peu libres.
    merci
    cela veut-il dire alors que toutes les fréquences apparaissent? si la raie s'élargit, je suppose que c'est parce les fréquences se dispersent autour de leur valeur théorique. Peut-on, sans formules complexes, expliquer cette perte d'identité des sauts énergétiques standard? Est-ce comparable au dédoublement causé par le moment magnétique?

  6. #5
    betatron

    Re : spectre de la lumière solaire

    Citation Envoyé par LPFR Voir le message
    Bonsoir.
    En ce qui concerne la blancheur de la lumière du soleil, elle est blanche parce que nous avons décidé que la lumière du soleil s'appelle "blanche". Les habitants d'autres systèmes planétaires la trouveront sans doute jaunâtre ou bleuâtre. Et ils trouveront que "leur" soleil fait de la vraie lumière blanche.
    Mais même un daltonien trouve la lumière du soleil blanche.
    Au revoir.
    oui, je comprends bien qu'il a un pic, une température de couleur, tout comme pour le corps noir.
    Ce qui m'intrigue, c'est plutôt la continuité du spectre, le comportement en corps noir

  7. #6
    LPFR

    Re : spectre de la lumière solaire

    Re.
    Est que cela vous rassure si on vous dit que le spectre n'est pas vraiment continu mais qu'il est forme par une telle multitude de fréquences que vous ne pouvez, par aucun moyen, distinguer des raies discrètes?
    A+

  8. #7
    betatron

    Re : spectre de la lumière solaire

    Citation Envoyé par LPFR Voir le message
    Re.
    Est que cela vous rassure si on vous dit que le spectre n'est pas vraiment continu mais qu'il est forme par une telle multitude de fréquences que vous ne pouvez, par aucun moyen, distinguer des raies discrètes?
    A+
    euh.. oui et non! y a t-il tant que ça de combinaisons de niveaux excités, surtout sachant qu'on a affaire en grande majorité à de l'hydrogène

  9. #8
    predigny

    Re : spectre de la lumière solaire

    Il y a de nombreuses raies dans la lumière solaire mais ce sont plutôt des raies d'absence de lumière. Le plasma du soleil émet à peu près comme un corps noir mais son atmosphère contient pas mal de substances qui absorbent des longueurs d'ondes bien précises. A Meudon près de Paris il y a un télescope spécialisé dans l'étude du spectre solaire et donc de la composition chimique du soleil. On y observe depuis quelque temps des raies d'absorption étranges qui ressemblent à des gaz d'échappement d'automobiles !

  10. #9
    Jeanpaul

    Re : spectre de la lumière solaire

    Citation Envoyé par betatron Voir le message
    merci
    cela veut-il dire alors que toutes les fréquences apparaissent? si la raie s'élargit, je suppose que c'est parce les fréquences se dispersent autour de leur valeur théorique. Peut-on, sans formules complexes, expliquer cette perte d'identité des sauts énergétiques standard? Est-ce comparable au dédoublement causé par le moment magnétique?
    Dire que les fréquences se dispersent ne veut pas dire grand'chose.
    La lumière est émise quand un électron passe d'un niveau énergétique à un autre, plus bas. Donc la question est de trouver ces niveaux d'énergie. Quand l'atome est seul, la seule énergie est l'attraction coulombienne avec le noyau plus, éventuellement celle des autres électrons, plus les effets de spin. Tout ça donne des raies fines.
    Un champ magnétique crée une complication, dédoublement ou autre mais ça reste "propre". En revanche, quand les atomes sont tassés dans un plasma ou attachés dans des molécules, on doit tenir compte des noyaux voisins, ce qui change tout. Plus l'environnement est chaotique, plus les raies sont élargies, à la limite continu.

  11. #10
    calculair

    Re : spectre de la lumière solaire

    bonjour,

    Sur le soleil et dans le soleil, il fait chaud, les forces de pressions sont impressionnantes, les electrons et les protons doivent s'agiter dans tous les sens et loin de leurs atomes d'origines, il y a champ magnetique et des interactions multiples entre les forces nucleaires et coulombiennes.

    Dans cette agitations, une chance s'il y a encore des raies fines....J'imagine que les raies observées du soleil doivent provenir des zones les plus froides de la couronne solaire( je dis tout cela, mais je n'en sais rien, c'est mon intuition )

    Peut être un specialiste du domaine nous eclairera sur la manière dont le soleil nous illumine et ou prend naissance le spectre continue qui traduit la temperature et les multitudes raies qui existent dans ce spectre.

  12. #11
    philou21

    Re : spectre de la lumière solaire

    Bonjour
    la photosphère est plutôt à l'origine des raies d'absorption observées dans le spectre solaire.

  13. #12
    Niels Adribohr

    Re : spectre de la lumière solaire

    Salut,
    les atomes dans le Soleil sont ionisés non ? De ce fait, il n'y a tout simplement plus de discrétisation des états n'est-ce pas ?

  14. #13
    Jeanpaul

    Re : spectre de la lumière solaire

    Citation Envoyé par Niels Adribohr Voir le message
    Salut,
    les atomes dans le Soleil sont ionisés non ? De ce fait, il n'y a tout simplement plus de discrétisation des états n'est-ce pas ?
    Des ions raisonnablement isolés ont des spectres de raies très nets, cela sert en astrophysique pour les caractériser. Parfois ce sont même des ions très chargés.
    Ce qui importe, c'est l'environnement car c'est lui qui affecte les niveaux d'énergie.

  15. #14
    Niels Adribohr

    Re : spectre de la lumière solaire

    Citation Envoyé par Jeanpaul Voir le message
    Des ions raisonnablement isolés ont des spectres de raies très nets, cela sert en astrophysique pour les caractériser. Parfois ce sont même des ions très chargés.
    Ce qui importe, c'est l'environnement car c'est lui qui affecte les niveaux d'énergie.
    Oui, mais ceci c'est dans le cas où il reste encore des électrons dans les ions. Du moment où il y a encore des électrons liés, leurs niveaux d'énergie autour du noyau sont quantifiés. Mais cependant je m'interroge puisque dans le soleil où l'on trouve essentiellement de l'hélium et de l'hydrogène, si les atomes sont ionisés, les noyaux sont alors rapidement mis à nus, et il ne reste plus d'électrons liés, mais d'un coté les noyaux atomiques et de d'autres les électrons. Or dans ces cas là, il y a un continuum de niveau d'énergie si je ne m'abuse ?

  16. #15
    bongo1981

    Re : spectre de la lumière solaire

    Si je ne me trompe pas, au coeur du soleil il fait 15 millions de degrés (donc pas d'atomes, mais un plasma où se produisent les réactions nucléaires). Par contre à la surface du soleil il fait nettement plus frais, pas assez pour congeler de l'eau, mais assez pour que les atomes puissent rester neutres (6000°C, voire 3000°C pour les tâches solaires).

    Il faut savoir que la lumière du soleil est bondée de raies d'absorptions (c'est d'ailleurs de cette manière que l'on a découvert l'hélium, je ne vous fais pas l'étude éthymologique).

    Pourquoi la lumière du soleil a un spectre se rapprochant de celui d'un corps noir ? Et bien si je ne me trompe pas, les photons produits au coeur du soleil mettent 1 petit million d'année à atteindre la surface, ils doivent subir des émissions absorptions faramineuses échangeant de l'énergie avec les couches profondes et la surface du soleil pour être finalement en équilibre thermodynamique. La lumière solaire a donc un spectre de corps noir.

    Est-ce qu'elle est blanche ? bah non, moi je la trouve jaune... (sauf le soir où elle est plutôt rouge quand j'ai la chance de la voir). Ce jaune correspond au maximum du spectre émis par un corps à... 6000°C.

  17. #16
    LPFR

    Re : spectre de la lumière solaire

    Bonjour.
    Il me semble que la surface du soleil peut être qualifiée de plasma.
    Tous les chocs entre atomes, électrons etc., ne sont pas élastiques. Ils donnent lieu à un rayonnement de freinage. Et ce spectre de rayonnement est continu.
    Au revoir.

  18. #17
    betatron

    Re : spectre de la lumière solaire

    eh bien, je vous remercie tous pour vos contributions, et, effectivement, je comprends que c'est presque un miracle si on peut encore identifier dans ce magma les raies d'éléments connus.
    En somme si je résume, si la spectroscopie permet d'identifier des éléments dans les étoiles, ce n'est pas parce qu'ils produisent des raies d'émission, mais plutôt grâce aux raies d'absorption de l'atmosphère externe de l'étoile.

    Edit:
    ..avec pour corollaire qu'hormis par la théorie, on ne peut vraiment pas être sûr de quoi est fait l'intérieur de l'étoile...

  19. #18
    mariposa

    Re : spectre de la lumière solaire

    Citation Envoyé par betatron Voir le message
    eh bien, je vous remercie tous pour vos contributions, et, effectivement, je comprends que c'est presque un miracle si on peut encore identifier dans ce magma les raies d'éléments connus.
    En somme si je résume, si la spectroscopie permet d'identifier des éléments dans les étoiles, ce n'est pas parce qu'ils produisent des raies d'émission, mais plutôt grâce aux raies d'absorption de l'atmosphère externe de l'étoile.
    C'est çà. L'essentiel de l'énergie lumineuse est due à la photosphère qui dans le domaine visible et infra-rouge assez lointain rayonne selon la loi du corps noir à 5600 K.

    dans ce spectre il y a des "impuretés" qui absorbent à des énergies bien définies caractéristiques de toute un tas d'espèces.


    ..avec pour corollaire qu'hormis par la théorie, on ne peut vraiment pas être sûr de quoi est fait l'intérieur de l'étoile...
    Pas tout à fait quand même. Il y a des aller et retour entre théorie et expérience. Par exemple la théorie des réactions nucléaires au sein du noyau du soleil prévoit un certain flux de neutrinos. La mesure de ce flux était bien inférieure.

    L'explication est très récente: Les neutrinos solaires (a l'origine d'espèce électronique) se transforment dans les 2 autres espèces de neutrinos (muonique et tauonique)

  20. #19
    betatron

    Re : spectre de la lumière solaire

    Citation Envoyé par mariposa Voir le message
    C'est çà. L'essentiel de l'énergie lumineuse est due à la photosphère qui dans le domaine visible et infra-rouge assez lointain rayonne selon la loi du corps noir à 5600 K.
    pour la théorie, je plaisantais, bien sûr.
    Mais en revanche je suis surpris, dans le cadre de tout ce qui vient d'être dit, d'entendre que l'essentiel de la lumière provient de la photosphère (en dépit du nom qu'elle porte). Parce que si j'ai bien compris, les raies diffuses brillantes sont produites par ce qu'il y a en dessous, et la photosphère se distingue plutôt par l'absorption de certaines fréquences fines. Donc l'essentiel de la lumière provient bien d'en dessous? (ce qui serait logique d'ailleurs, c'est plus chaud en dessous)

  21. #20
    Niels Adribohr

    Re : spectre de la lumière solaire

    Citation Envoyé par betatron Voir le message
    Edit:
    ..avec pour corollaire qu'hormis par la théorie, on ne peut vraiment pas être sûr de quoi est fait l'intérieur de l'étoile...
    Petite remarque : sans théorie, on ne pourrait pas énoncer la moindre proposition scientifique.

  22. #21
    Jeanpaul

    Re : spectre de la lumière solaire

    Si la lumière venait du fond, la température de couleur ne serait pas de 6000 K mais de plusieurs millions et nous serions grillés par les rayons gamma.
    Ces rayons profonds sont absorbés et c'est la surface qui rayonne.

  23. #22
    mariposa

    Re : spectre de la lumière solaire

    Citation Envoyé par betatron Voir le message
    pour la théorie, je plaisantais, bien sûr.
    Mais en revanche je suis surpris, dans le cadre de tout ce qui vient d'être dit, d'entendre que l'essentiel de la lumière provient de la photosphère (en dépit du nom qu'elle porte). Parce que si j'ai bien compris, les raies diffuses brillantes sont produites par ce qu'il y a en dessous, et la photosphère se distingue plutôt par l'absorption de certaines fréquences fines. Donc l'essentiel de la lumière provient bien d'en dessous? (ce qui serait logique d'ailleurs, c'est plus chaud en dessous)
    L'atmosphère est composée de 3 couches de l'intérieur vers l'extérieur: photosphère, chromosphère et couronne. La source c'est la photosphère

    Donc schématiquement la source du rayonnement du corps noir est en-dessous. En fait c'est plus compliqué car je crois que les sources effectives dans la photosphère se trouvent à des profondeurs qui dépendent de la longueur d'onde (il faut avoir l'avis d'un spécialiste).

    Ceci dit les températures de la chromosphère et de la couronne bien que situées plus à l'extérieure sont à des températures plus élevées.
    Si quelqu'un peut nous expliquer comment cela se fait-il?

  24. #23
    invité576543
    Invité

    Re : spectre de la lumière solaire

    Citation Envoyé par betatron Voir le message
    Mais en revanche je suis surpris, dans le cadre de tout ce qui vient d'être dit, d'entendre que l'essentiel de la lumière provient de la photosphère (en dépit du nom qu'elle porte). Parce que si j'ai bien compris, les raies diffuses brillantes sont produites par ce qu'il y a en dessous, et la photosphère se distingue plutôt par l'absorption de certaines fréquences fines. Donc l'essentiel de la lumière provient bien d'en dessous?
    Ce que j'en comprends : la photosphère n'est pas une surface, elle a une certaine épaisseur. C'est la zone entre l'opacité totale et la transparence au visible. Sa transparence se modifie continument avec la distance au centre. La lumière vient d'une portion de la photosphère qui est dessous une autre portion de la photosphère à l'origine des raies d'absorption.

    Comme le bas de la photosphère est opaque, par définition la lumière que l'on voit ne peut pas venir de dessous!

    (ce qui serait logique d'ailleurs, c'est plus chaud en dessous)
    La question n'est pas la température, mais la transparence. Celle-ci ne dépend pas seulement de la température.

    Cordialement,

  25. #24
    betatron

    Re : spectre de la lumière solaire

    comme quoi une question apparemment simple peut soulever une foule de problèmes
    bref, pour avoir spectre continu, il faut plasma, et pour avoir plasma, il faut combien de degrés?

  26. #25
    invité576543
    Invité

    Re : spectre de la lumière solaire

    Par ailleurs, à propos d'une partie antérieure de la discussion, je suis surpris que le spectre continu soit associé à la notion de plasma.

    Le spectre thermique, du corps noir, est lié à l'agitation thermique, pas à la phase. Il y a un rayonnement thermique aussi bien venant de solides, liquides, gaz ou plasma.

    Par contre, la notion de plasma permet d'expliquer l'opacité, il me semble, donc la zone d'émission s'explique en termes de transparence/opacité. Par contre le spectre même relève des mêmes explications que tout rayonnement thermique, que ce soit d'un plasma ou d'un solide, non?

    Cordialement,

  27. #26
    invité576543
    Invité

    Re : spectre de la lumière solaire

    Citation Envoyé par betatron Voir le message
    comme quoi une question apparemment simple peut soulever une foule de problèmes
    Dont la plupart sont résolus. Il y a pas mal de travail et de littérature sur le sujet, qui a plusieurs siècles (depuis Newton).

    Cordialement,

  28. #27
    betatron

    Re : spectre de la lumière solaire

    J'avoue que même le spectre (thermique) du corps noir m'intrigue. D'un côté, on parle de fréquences discrètes dues à des changements d'orbites, et ce dans les atomes disons d'un élément pur, comme le fer (donc en nombre nécessairement raisonnable). Et d'un autre, on se retrouve avec un spectre continu, donc toutes les fréquences! Et là il n'a pas de plasma ni de magnétisme qui joue. Moi, je veux bien qu'il y ait toutes sortes de résonances dans la cavité d'un corps noir, mais les électrons sont bien obligés de sauter d'orbite à orbite, en émettant toujours v=delta E/h, delta E étant discret

  29. #28
    invité576543
    Invité

    Re : spectre de la lumière solaire

    Citation Envoyé par betatron Voir le message
    Moi, je veux bien qu'il y ait toutes sortes de résonances dans la cavité d'un corps noir, mais les électrons sont bien obligés de sauter d'orbite à orbite, en émettant toujours v=delta E/h, delta E étant discret
    Une manière de voir les choses est de réaliser que l'agitation thermique change continuellement la configuration que ce soit d'un solide ou d'un gaz.

    Les niveaux d'énergie d'un électron sont déterminés par toute la configuration, pas seulement par l'atome auquel il appartient (le cas échéant).

    Même si à un instant donné, extrêmement court, il y a un nombre fini de raies (quand même très proches les unes des autres), sur une durée suffisamment longue (et un spectre est une moyenne, pas une vision instantanée) le nombre de raies augmente dans des proportions énormes, bien supérieures au nombre d'électrons.

    La modélisation du spectre thermique est infini simplement parce que le nombre de configurations potentielles est modélise comme infini (du moins jusqu'à ce qu'on ai quantifier le temps et l'espace...).

    Cordialement,

  30. #29
    betatron

    Re : spectre de la lumière solaire

    merci encore pour ces nombreux éclaircissements
    A +

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