Un télescope moderne ne sert pas qu'a prendre des images, mais aussi des spectres ! 🌈
Alors un fil pour découvrir la spectroscopie et son (immense) utilité dans l'astronomie moderne ! 👇
Alors un fil pour découvrir la spectroscopie et son (immense) utilité dans l'astronomie moderne ! 👇
La lumière est une onde, le champ électromagnétique varie périodiquement ; pour un pointeur laser de bureau par exemple il ressemble à ça.
Le laser émet une lumière à 650 nanomètres de longueur d'onde.
Du coup ça fait un joli point rouge sur votre power point.
Le laser émet une lumière à 650 nanomètres de longueur d'onde.
Du coup ça fait un joli point rouge sur votre power point.
Mais la lumière en général c'est pas une belle onde sinusoïdale toute lisse.
Voici la forme de l'onde lumineuse pour cette jolie lampe à vapeur de sodium par exemple par exemple.
Pourquoi elle est comme ça ?
Voici la forme de l'onde lumineuse pour cette jolie lampe à vapeur de sodium par exemple par exemple.
Pourquoi elle est comme ça ?
Parce que la lampe a vapeur de sodium émet plusieurs longueurs d'onde en même temps (directement déterminées par la composition du gaz à l'intérieur).
Ces longueurs d'ondes s'additionnent et donnent la forme bizarre à l'onde.
Ces longueurs d'ondes s'additionnent et donnent la forme bizarre à l'onde.
Dans la vie de tous les jours, et notamment la lumière blanche du soleil, ya pas de longueurs d'ondes bien définies, ya presque tout en même temps.
Comme les sons et la musique qu'on entend en fait. La forme de l'onde est très complexe.
Comme les sons et la musique qu'on entend en fait. La forme de l'onde est très complexe.
Mais cette lumière blanche, si on la décompose à travers un prisme ou une goute d'eau : arc-en-ciel !
La lumière prend différentes directions selon la longueur d'onde, ça fait qu'on est capable de dé-mélanger les longueurs d'ondes, donc on peut les voit distinctement.
La lumière prend différentes directions selon la longueur d'onde, ça fait qu'on est capable de dé-mélanger les longueurs d'ondes, donc on peut les voit distinctement.
Prenons un capteur photo, plaçons un prisme devant.
Nous avons un spectromètre !
Nous avons un spectromètre !
Sur l'image qu'on obtient, les pixels sont illuminés différemment selon la longueur d'onde, et donc selon leur position.
Plus le pixel (par exemple) est à droite, plus la lumière correspond à une longueur d'onde plus grande.
Plus le pixel (par exemple) est à droite, plus la lumière correspond à une longueur d'onde plus grande.
On peut alors transformer l'image en graphique, à chaque longueur d'onde correspond une intensité lumineuse : c'est un spectre !
Si tout est pareil, comme dans l'image au dessus, le spectre ressemble à ça : l'intensité est la même pour toutes les longueurs d'ondes.
Imaginons désormais que l'on obtienne ceci. Quelque chose (un gaz) a absorbé une certaine longueur d'onde.
Notre spectre ressemble donc à ceci :
Il y a une "raie" qui s'est formée dans le spectre.
(ici c'est une raie noire, la lumière est absorbée donc c'est une raie dite d'absorption.)
Il y a une "raie" qui s'est formée dans le spectre.
(ici c'est une raie noire, la lumière est absorbée donc c'est une raie dite d'absorption.)
Voilà l'image que vous obtiendrez avec votre caméra en photographiant la lampe à vapeur de sodium de tout à l'heure. (On a des raies, mais en émission cette fois.)
Certains spectromètres (la plupart en fait) on un système supplémentaire pour mieux utiliser la surface du capteur, il vient découper la bande du spectre et la répartir sur la largeur du capteur.
Pointons notre spectromètre sur le soleil par exemple, notre image ressemble à ceci :
(Photo prise par un astronome amateur en 2005, source perdue, son site a été supprimé)
(Photo prise par un astronome amateur en 2005, source perdue, son site a été supprimé)
Toutes les raies que l'on voit correspondent à certains éléments chimiques présents dans la photosphère du soleil qui ont absorbé certaines longueurs d'ondes.
Ici par exemple on a découvert qu'il y a du sodium dans le soleil (saurez vous trouver comment ? 😏)
Ici par exemple on a découvert qu'il y a du sodium dans le soleil (saurez vous trouver comment ? 😏)
Grâce à la physique quantique et à l'expérimentation, nous connaissons toutes les raies possibles des différents éléments chimiques et molécules, avec leur longueurs d'ondes correspondantes.
En comparant ce qu'on mesure et les tables de données, on peut lister les éléments.
En comparant ce qu'on mesure et les tables de données, on peut lister les éléments.
Certaines raies sont tellement proches qu'on ne pourra pas faire la différence, plus la résolution du spectromètre est élevée, plus il pourra faire la différence, et peut être détecter des éléments en toute petite quantité que n'ont pas pu détecter d'autres.
Voici la même chose, le soleil photographié à travers un spectromètre, par le Shenton Park Observatory
Si on transforme cette image en graphique, on obtient le spectre à proprement parlé. Et on distingue bien la multitude de raies qui plongent vers le bas.
La position de ces raies sont donc des indicateurs pour savoir les éléments chimiques et molécules présentes, mais il n'y a pas que ça.
Leur profondeur est proportionnelle à la quantité de ces éléments. Mais aussi leur finesse ou leur largeur peuvent donner des informations.
Leur profondeur est proportionnelle à la quantité de ces éléments. Mais aussi leur finesse ou leur largeur peuvent donner des informations.
Par exemple une raie très fine par exemple peut correspondre a des éléments plus froids. En effet la chaleur, c'est les atomes qui bougent plus vite dans tous les sens, et en bougeant il va y avoir de l'effet Doppler.
Certains atomes vont localement s'éloigner de nous et émettre une longueur d'onde plus grande, et inversement. La raie va alors s'élargir en présence de chaleur, comme la somme de tous ces mouvements thermiques.
Même la forme de la raie et sa symétrie sur le spectre peut en apprendre. Par exemple selon comment une raie est plus large à sa droite qu'a sa gauche peut donner des informations sur les mouvements de convection d'une étoile comme Bételgeuse !
La position des raies est évidemment importante pour identifier les éléments, mais si toutes les raies sont décalées de la même manière par rapport aux raies théories, on a la vitesse de l'étoile (toujours par effet doppler !)
J'en oublie surement mais c'est un petit tour de toutes les informations qu'on peut avoir à partir d'une simple image sur un capteur.
Evidemment avec le matériel adapté, on applique la même chose dans l'UV, etc... ou en infrarouge comme sur le JWST ou ici sur SPIRou
Evidemment avec le matériel adapté, on applique la même chose dans l'UV, etc... ou en infrarouge comme sur le JWST ou ici sur SPIRou
La différence c'est que pas les mêmes longueurs d'ondes, donc pas les mêmes éléments. La spectroscopie infrarouge peut concerner par exemple l'absorption par les molécules organiques.
On arrive à la fin du tour d'horizon de la spectroscopie. Son invention et son utilisation en astronomie est considéré comme la naissance de ce qu'on appelle l'astrophysique.
On ne se contente plus à partir de là de prendre de jolies images du ciel ou de cataloguer les astres et leur mouvements, mais cette fois on comprends la composition de ces objets, on comprends la chimie, la physique et la thermodynamique qui se produisent là-bas.
Grâce à la spectroscopie, on n'observe plus, mais on comprend. On transforme un télescope en une véritable sonde à tout faire. Et c'est pourquoi tous les télescopes professionnels en sont équipés, certains mêmes sont devenu incapables de prendre de simples images !
[FIN]
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Concrètement, sur un petit télescope insignifiant comme le JWST, ça donne ça 👇
https://twitter.com/Aodren_G/status/1476114837314973696
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