Spectre continu a) d'un corps noir b) de la lumière solaire

[invitea1a336d3]

Bonjour, je suis nouveau dans ce forum.

J'ai lu quelques anciennes discussions sur ce thème et je voulais ouvrir ici une nouvelle discussion.

a) La continuité du spectre de rayonnement d'un corps noir :

Quelques uns se demandent comment expliciter que le spectre du rayonnement d'un corps noir soit continu.
L'explication (trouvée ici) est qu'il ne faut pas considérer l'émission de photons atome par atome, ce qui donnerait un spectre discret (quantification des niveaux d'énergie) , mais qu'il faut tenir compte de plusieurs effets : chocs entre les atomes, vitesse relative des atomes entre eux, effet Doppler, élargissement des raies ...
Sur ce point il semble y avoir un consensus : le spectre de rayonnement du corps noir est continu.
NB : En revanche lors d'une analyse spectrale, l'observation de cette continuité est limitée par les instruments de mesure et le résultat est donc un spectre discret ...

b) La continuité du spectre de rayonnement de la lumière émise par le soleil :

Je ne parle pas de la lumière reçue sur terre après être passée par nombre de filtres, ni des raies d'absorption qui introduisent des discontinuités.

- Principalement, le spectre solaire est continu pour les mêmes raisons que le spectre de rayonnement d'un corps noir est continu.
Les photons émis par le soleil ont des longueurs d'onde variant continument de 380 nm à 700 nm (nanomètres) (dans le visible) avec un maximum pour 504 nm. (NB Le spectre solaire déborde de chaque côté bien au delà du visible)

- Secondairement, je me demande si l'on ne devrait pas ajouter à cela, le fait que la source, le soleil, est un astre en rotation sur lui-même.

La vitesse d'un point à l'équateur du soleil se déplace à une vitesse Vs de l'ordre de 2 km.s-1
La lumière émise d'un point situé sur l'équateur du soleil est donc émise d'un côté du soleil par une source en mouvement vers la terre à la vitesse Vs, et de l'autre côté émise par une source s'éloignant de la terre à la vitesse Vs.

J'essaie de calculer quel décalage en longueur d'onde cela produit par effet Doppler, avec beta = Vs/c = 0.666 10^(-5)
Ce calcul est approché par la formule suivante :

fréquence réception = racine carrée( (1 + beta) / (1-beta) ) x fréquence émission

(donc ce n'est pas la formule relativiste complète)

Cela donne, par exemple pour la longueur d'onde = 504 nm, un intervalle qui va de 503,996 nm à 504,003 nm (nanomètres)
(La variation est de plus ou moins 3 ou 4 millièmes de nanomètres : je ne sais pas comment apprécier ce chiffre : est-ce important comme variation ?)

QUESTION : Ce mouvement de rotation du soleil sur lui-même introduit-il une deuxième raison pour obtenir une continuité dans le spectre solaire ?

La vitesse d'un point à la surface du soleil varie (du point de vue d'un observateur terrestre) de manière continue entre +2km/s et -2km/s (et de plus la vitesse angulaire n'est pas constante, plus élevée à l'équateur et diminuant vers les pôles) donc les photons émis avec une certaine fréquence, compte tenu du mouvement de la source, seront perçus différemment selon qu'il viennent d'un point du soleil ou d'un autre.

QUESTION reformulée : La différence de longueur d'onde (du point de vue d'un observateur terrestre) que cela entraîne est-elle suffisante pour "lisser" le spectre solaire ?

Formellement, il semblerait que cela y contribue, mais dans quelle mesure ? telle est la question.
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[invitea1a336d3]

Accessoirement, le même genre de calcul, prenant en compte la vitesse de rotation de la terre sur elle même, du point de vue d'un observateur situé sur l'équateur de la terre décale le spectre au lever du soleil vers le bleu (l'observateur va vers les soleil), et au coucher du soleil vers le rouge(l'observateur s'éloigne du soleil), mais avec une vitesse Vt de l'ordre 463 m/s est-ce négligeable ? Le soleil couchant parait-il plus rouge que le soleil levant ?

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Même en dehors de l’atmosphère terrestre, le spectre du Soleil pressente des raies d’absorption dues à l’atmosphère solaire. C’est comme cela que l’hélium fut découvert.

NB : En revanche lors d'une analyse spectrale, l'observation de cette continuité est limitée par les instruments de mesure et le résultat est donc un spectre discret
...

La conclusion est absurde. Le résultat est un spectre continu. Par contre, il est vrai qu’avec des instruments dont la résolution est mauvaise on ne peut discerner un spectre discret. Ce n’est pas la même chose.

Pour pouvoir voir un décalage Doppler il faut assez de résolution dans l’appareil de mesure, et surtout avoir une référence. Dans un spectre continu, vous n’en avez pas. Il doit être possible de détecter le décalage Doppler des raies des éléments connus dans l’atmosphère du soleil, en utilisant des spectromètres assez précis (comme celui à transformée de Fourier).
La méthode est utilisée pour mesurer la vitesse de rotation des galaxies lointaines.

La couleur rouge des levers et couchers de soleil sur terre est due à la dispersion par des particules dans l’atmosphère et non à un quelconque effet Doppler.

La réponse à toutes vos question sur l’effet Doppler et la lumière du Soleil est : « définitivement non ».

Et je tiens à vous rassurer. Les scientifiques ne sont pas tous des ignorants qui auraient oublié l’effet Doppler. Les conséquences de cet effet sont toutes bien connues. Et votre théorie personnelle suivant laquelle le spectre du Soleil serait discret mais rendu continu par l’effet Doppler et que les scientifiques ne se seraient pas aperçus est une … (complétez la phrase manquante)
Au revoir.

[invitea1a336d3]

Bonjour, merci @LPFR pour vos réponses.

Je ne cherche pas à développer une théorie personnelle, ce décalage est un fait, bien connu des scientifiques, (je ne pense pas avoir découvert un oubli) je voulais simplement savoir si quelques millièmes de nanomètres sur la longueur d'onde d'une lumière visible était quelque chose de négligeable (quelques GigaHertz ?), question à laquelle vous avez répondu oui, mais sans l'argumenter, j'en suis un peu déçu.

Nulle part je ne prétends pas qu'un spectre discret est rendu continu, car je pars d'un spectre déjà continu, celui du corps noir, en négligeant les raies d'absorption dues à l’atmosphère solaire. Je ne prétends pas non plus que la couleur rouge des levers et couchers de soleils ont un rapport avec l'effet Doppler, j'ai seulement parlé d'un décalage vers le bleu le matin et vers le rouge le soir, mais je ne dis pas que cela est visible (c'est anecdotique)

Il y a aussi une erreur de formulation de ma part, je disais que le résultat de la mesure discrète d'un spectre continu donnait un spectre discret, mais ceci ne change rien à sa continuité, effectivement.

Au revoir

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6dffde4c]

Re.
Oui. Quelques millièmes de nanomètres dans le visible sont presque toujours négligeables. Mais pas dans certains cas.
Je viens de me souvenir une discipline qui étudie les mouvements sismiques das la surface du soleil : l’héliosismologie. Si on veut détecter des mouvements de 1 km/s il faut bien une sensibilité spectrale de l’ordre du millième de nanomètre.
A+

[invitea1a336d3]

merci LPFR
au revoir