La lumière

1. Présentation • Nature de la lumière• Définition d’une onde, source, surface d’onde• Caractéristiques importantes du champ

électromagnétique• Ondes sinusoïdales, longueur d’onde, couleur2. Première information contenue dans la lumière : le spectre3. Deuxième information contenue dans la lumière : l’intensité lumineuse

Introduction• L’étude de l’univers met en jeu des échelles

de distance très différentes les unes des autres (système solaire<<galaxie)

• Pour les objets appartenant au système solaire, on peut parfois utiliser des sondes locales (missions SOHO, Cassini-Huyghens, Deep Impact,…)

• La sonde la plus lointaine jamais envoyée vient à peine de quitter le système solaire (Voyager (77))

• Pour tout le reste, les seules informations disponibles doivent être extraites de la lumière.

Nature de la lumière• Même à l’heure actuelle, la lumière reste un objet

complexe.• En physique moderne, elle est décrite à l’aide de deux

principes : Pour un flux lumineux important, la lumière se comporte comme une onde :

le champ électromagnétique. Pour un flux lumineux peu important, la lumière se comporte comme une

assemblée de particules : les photons

• A un niveau simple, la plupart des phénomènes mis en jeu peuvent s’interpréter grâce au modèle ondulatoire, mais certains aspects feront appel à une description particulaire

Définition d’une onde

• Ébranlement passager ou périodique

Sources, surfaces d’onde

• Source : charge accélérée

• Nature : champ électrique et magnétique

• Direction : aléatoire

• Support matériel : aucun

Champ électromagnétique

Ondes électromagnétiques de base, ondes sinusoïdaleslongueur d’onde

• La longueur d’onde est liée à la couleur perçue• La valeur des champs est liée à l’intensité lumineuse

La spectroscopie

Grands domaines de longueurs d’onde

Exemple de résultat de la spectroscopie : Partie visible du spectre d’une étoile

Spectre du soleil

Photométrie, définition, principe

D’un point de vue particulaire, la photométrie est du comptage de photons

Magnitude apparente• Toutes les étoiles ne brillent pas du même éclat, certaines sont à la limite

de la visibilité. • La magnitude apparente, m, définie en 1856 par POGSON caractérise

l'éclat d'un astre tel qu'il est perçu depuis la Terre. Il n'indique pas la luminosité réelle de l'astre. Un astre peu brillant mais proche nous paraîtra plus lumineux qu'une étoile très brillante mais lointaine.

• L’étoile de référence est Aldébaran avec m = 1• La magnitude est une échelle logarithmique décroissante. Une étoile de

magnitude 1 est 2,5 fois plus brillante qu'une étoile de magnitude 2, elle-même 2,5 fois plus brillante qu'une étoile de magnitude 3. Certains astres particulièrement brillants, se sont vus attribuer une magnitude apparente négative. C'est le cas par exemple de la planète Vénus -4 à son maximum d'éclat, 0 pour l'étoile Véga ou encore -26 pour le Soleil.

Quelques exemples de magnitudes apparentes

Magnitude absolue

• La magnitude absolue M, indique la luminosité intrinsèque d’un objet, au contraire de la magnitude apparente qui dépend de la distance et de l’extinction sur la ligne de visée.

• Pour un objet à l’extérieur du système solaire, elle est égale à la magnitude apparente qu’aurait cet objet s’il était placé à 10 parsecs de la terre.

• C’est une échelle logarithmique décroissante :•

Relation distance-magnitude• Formule liant les magnitudes

absolue et apparente et la distance.

• Problème d’utilisation : détermination de la grandeur manquante (distance ou magnitude absolue)