La matière peut émettre de la lumière. Le contraire est également vrai : la matière peut absorber de la lumière. En astronomie, c’est souvent le cas lorsque de la lumière blanche, peu importe sa source (ce peut être la surface du Soleil ou d’une étoile quelconque), traverse un mince nuage de gaz ou de poussière.

Ainsi, au lieu de voir un spectre continu allant du rouge au violet, les astronomes observent un spectre auquel il manque plusieurs raies de couleur, des raies sombres prenant leurs places.

C’est vers 1802 que le chimiste britannique William Hyde Wollaston remarque pour la première fois que le Soleil est dans cette situation. Le spectre solaire est, en effet, discontinu et de nombreuses raies noires entrecoupent l’étalement de ses couleurs. Wollaston ignore cependant pourquoi il en est ainsi.

En 1814, l’opticien allemand Josef von Fraunhofer remarque aussi les mêmes raies noires dans le spectre de la lumière solaire. Ignorant leur signification, il se met quand même à mesurer leurs positions et en catalogue 324.

Ce n’est qu’en 1859 que le physicien allemand Gustav Robert Kirchhoff compren Pour en lire plus
La matière peut émettre de la lumière. Le contraire est également vrai : la matière peut absorber de la lumière. En astronomie, c’est souvent le cas lorsque de la lumière blanche, peu importe sa source (ce peut être la surface du Soleil ou d’une étoile quelconque), traverse un mince nuage de gaz ou de poussière.

Ainsi, au lieu de voir un spectre continu allant du rouge au violet, les astronomes observent un spectre auquel il manque plusieurs raies de couleur, des raies sombres prenant leurs places.

C’est vers 1802 que le chimiste britannique William Hyde Wollaston remarque pour la première fois que le Soleil est dans cette situation. Le spectre solaire est, en effet, discontinu et de nombreuses raies noires entrecoupent l’étalement de ses couleurs. Wollaston ignore cependant pourquoi il en est ainsi.

En 1814, l’opticien allemand Josef von Fraunhofer remarque aussi les mêmes raies noires dans le spectre de la lumière solaire. Ignorant leur signification, il se met quand même à mesurer leurs positions et en catalogue 324.

Ce n’est qu’en 1859 que le physicien allemand Gustav Robert Kirchhoff comprend que les raies noires de Fraunhofer correspondent exactement à des raies brillantes émises par certains éléments chimiques. Selon lui, les raies noires sont dues à des éléments chimiques spécifiques qui, présents dans l’atmosphère du Soleil, absorbent certaines raies spectrales émises depuis sa surface.

Kirchhoff appelle ce genre de spectre un « spectre d’absorption ». Malheureusement, il ne comprend pas comment la matière peut absorber de telles raies spectrales.

En 1860, l’astronome italien Giovanni Battista Donati a l’idée de coupler un spectroscope à son télescope. Il étudie les spectres d’une quinzaine d’étoiles et publie ses résultats en 1863. Il est suivi en 1862 par l’astronome amateur britannique William Huggins, l’astronome américain Lewis Morris Rutherfurd et l’astronome italien Angelo Secchi qui travaillent indépendamment sur le Soleil, les planètes, la Lune et les étoiles.

Ces chercheurs sont les premiers à extraire de l’information à partir de la lumière émise depuis des étoiles, ce qui constitue une révolution en soi. Ils sont rapidement suivis par d’autres astronomes et l’étude des spectres d’émission devient la branche d’étude principale de l’astronomie. Malgré ces progrès, l’explication de l’absorption de lumière par la matière est toujours manquante.

La réponse nous parvient en 1913 du physicien danois Niels Henrik David Bohr. Bohr crée un nouveau modèle atomique dans lequel l’atome est fait d’électrons négatifs qui occupent des orbitales bien spécifiques autour d’un noyau positif.

Selon lui, au fur et à mesure qu’un électron occupe des orbitales de plus en plus éloignées du noyau, son contenu en énergie devient de plus en plus élevé car, pour demeurer en orbite, il doit compenser pour la distance de plus en plus grande le séparant du noyau qui l’attire.

Ainsi, lorsqu’un corps froid est chauffé, certains de ses électrons ont tendance à passer d’une orbitale rapprochée du noyau (et peu énergétique) à une orbitale plus éloignée (et plus énergétique). Pour y arriver, chaque électron doit augmenter son contenu en énergie de façon à le faire correspondre exactement à celui de l’orbitale qu’il va occuper.

Bohr propose que c’est sous la forme de petits « paquets d’énergie » tels que décrits par Planck et Einstein, c’est-à-dire sous la forme de photons et donc de particules de lumière, qu’un électron absorbe son surplus d’énergie.

Une telle situation se rencontre dans l’espace lorsque la lumière émise depuis la surface d’une étoile (comme le Soleil) traverse les gaz de l’atmosphère plus froide qui la surplombe. L’atmosphère absorbe en effet une partie de la lumière blanche émise depuis l’étoile, ce qui produit un spectre de couleurs marqué de raies noires ou d’absorption, qui sont caractéristiques des éléments chimiques présents dans les gaz.

L’étude du spectre d’une étoile nous renseigne donc sur la composition chimique de son atmosphère.

© 2006 Une idée originale et une réalisation de L'ASTROLab du Parc national du Mont-Mégantic

Peinture du William Hyde Wollaston

William Hyde Wollaston.

La Société Royale/www.royalsoc.ac.uk/

©La Société Royale/www.royalsoc.ac.uk/


Photo noir et blanc du Niels Henrick David Bohr

Niels Henrick David Bohr.

ASTROLab du Parc national du Mont-Mégantic

© Domaine public


Photo noir et blanc du Max Planck en compagnie d'Albert Einstein

Max Planck en compagnie d'Albert Einstein.

ASTROLab du Parc national du Mont-Mégantic

© Domaine public


Objectifs d'apprentissage

L’apprenant va :
  • nommer des contributions récentes, y compris celles du Canada, au développement des technologies pour l'exploration spatiale;
  • décrire en détail le rôle que jouent des technologies canadiennes dans l'exploration de l'espace;
  • dessiner un système solaire avec toutes ses composantes;
  • établir le lien entre les atomes et la lumière à l’aide de différents instruments.

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