La lumière dans tous ses états.pdf

7/21/2019 La lumière dans tous ses états.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/la-lumiere-dans-tous-ses-etatspdf 1/22

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



Mehdi Bozzo-Rey: [email protected]

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

)

https://fr.wikipedia.org/wiki/Fentes_d%27Young#/media/File:Double_slit_simulated_2.jpg

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dualite.jpg#/media/File:Dualite.jpg

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photoelectric_effect.png#/media/File:Photoelectric_effect.png





https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dualite.jpg#/media/File:Dualite.jpg

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photoelectric_effect.png#/media/File:Photoelectric_effect.png




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

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Visszat%C3%BCkr%C3%B6z%C3%A9s_prizm%C3%A1n_2.jpg

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sz%C3%ADnsz%C3%B3r%C3%B3d%C3%A1s_prizm%C3%A1n1.jpg




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

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Notre-Dame-de-la-Garde.jpg#/media/File:Notre-Dame-de-la-Garde.jpg

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Everest-fromKalarPatar.jpg#/media/File:Everest-fromKalarPatar.jpg


https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Everest-fromKalarPatar.jpg#/media/File:Everest-fromKalarPatar.jpg



http://slidepdf.com/reader/full/la-lumiere-dans-tous-ses-etatspdf 5/22Mehdi Bozzo-Rey: [email protected]

Diffusion et réfraction

diffusion rayleigh: isotrope, inverse de lalongueur d’onde à la puissance 4

diffusionrefraction arc en ciel, wi

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Arc_en_ciel_Refractions-red.jpg#/media/File:Arc_en_ciel_Refractions-red.jpg

http://fr.science-questions.org/questions_de_science/152/Pourquoi_le_ciel_est-il_bleu_/



Un peu plus compliqué - auror es boréales

émission de lumière par désexcitation électronique

aurore boréale

émission ato

http://earthsky.org/earth/what-causes-the-aurora-borealis-or-northern-lights

http://sciexplorer.blogspot.ca/2012/10/atoms-part-2-atom-can-emit-light.html

http://sciexplorer.blogspot.ca/2012/10/atoms-part-2-atom-can-emit-light.html

http://earthsky.org/earth/what-causes-the-aurora-borealis-or-northern-lights



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

http://cseligman.com/text/sun/blackbody.htm





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

http://www.educonline.net/spip/spip.php?article419

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Emission_spectrum-Fe.svg#/media/File:Emission_spectrum-Fe.svg



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)

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fraunhofer_lines.svg#/media/File:Fraunhofer_lines.svg



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

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hertzsprung-Russel_StarData.png#/media/File:Hertzsprung-Russel_StarData.png



Et notre soleil alors ?

évolution du soleil (w

Cat’s eye nebula (NGC6543), même masse

que notre soleil (wikipedia)

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:NGC6543.jpg#/media/File:NGC6543.jpg

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:NGC6543.jpg#/media/File:NGC6543.jpg

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Evolution_of_a_Sun-like_star.svg#/media/File:Evolution_of_a_Sun-like_star.svg




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



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


http://www.space.com/25732-redshift-blueshift.html

http://www.space.com/25732-redshift-blueshift.html



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

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Redshift.svg#/media/File:Redshift.svg




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



regarder loin c’est regarder dans le passé


Tadpole galaxy(425Mly) : traitement des données du télescope spatial Hubble



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


425 Ml Sil i



425 Mly … Silurien


425 Ml th d



425 Mly … arthropodes





Bonus 1: détection d’exoplanétes

courbe intensité - principe

courbe intensité - mesure

Bonus 2: lentilles gravitationnelles

http://astronomyonline.org/Exoplanets/AmateurDetection.asp






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







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

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