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La Lumière en Astronomie
La lumière et les " yeux artificiels " :
L'étude du Soleil comme l'astronomie en général repose sur l'analyse de la lumière.
La lumière visible avec nos yeux ne représente qu'une petite partie du spectre électromagnétique et il existe toute une gamme de lumière ou rayonnement " invisible " pour l'œil humain mais que nous avons appris à " capter " grâce à des " yeux artificiels ".
Le spectre électromagnétique regroupe toutes les catégories de lumière et comprend :
les ondes radio
les rayons infrarouges (IR)
la lumière visible, dont un exemple est le spectre solaire
(© Delbouille et al)les rayons ultraviolets (UV)
les rayons X (découverts en 1895, ils servent par exemple pour faire les " radiographies ")
les rayons
– prononcer " gamma " – (produits par exemple lors des phénomènes entraînant la disparition de matière par exemple au cours de réactions nucléaires mettant en jeu le noyau des atomes)
 Spectre solaire – moyens d'observation sol et espace – © Observatoire de Paris |
Le XXe siècle a été marqué par la possibilité de voir les objets de l'Univers avec des " yeux artificiels " et donc de capter les rayonnements précédemment invisibles.
Mais l'atmosphère terrestre absorbe une partie du spectre électromagnétique. L'atmosphère terrestre est transparente dans deux fenêtres : la fenêtre visible (avec un peu d'UV et d'IR) et la fenêtre radio. Pour atteindre les autres fenêtres il faut installer des " yeux artificiels " au-delà de l'atmosphère terrestre (à bord de fusées, puis de satellites).
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La Lumière en Equations :
La nature de la lumière : onde ou particule La lumière est une onde : une succession de creux et de crêtes. La distance entre deux crêtes ou deux creux successifs est la longueur d'onde
La longueur d'onde est fonction des " couleurs " dans le spectre : Rouge : et par extension au spectre " non visible " : Radio : La fréquence de l'onde est La lumière peut aussi se comporter comme un faisceau de particules appelées " photons " : Les photons n'ont pas de masse (
Les photons X et
Le rayonnement du " corps noir "
La quantité totale de lumière émise
Le photon et l'atome L'atome est composé d'un noyau central entouré d'électrons en " orbite ". Exemple : l'atome d'hydrogène comporte 1 électron en orbite autour d'1 proton. Les électrons ne peuvent se trouver que sur des orbites permises par la mécanique quantique. Cette quantification des orbites règle l'émission ou l'absorption de photons par la matière (constituée d'atomes). Un atome ne peut émettre ou absorber que du rayonnement (resp. des photons) dont la longueur d'onde (resp. l'énergie) correspond à des transitions entre des orbites permises. Chaque atome a une liste caractéristique de ces transitions permises : les spectres permettent d'identifier à distance les éléments constituant la matière.
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où 
est la vitesse de la lumière dans le vide (
= 0) mais une énergie 
directement proportionnelle à la fréquence 
du rayonnement associé :
(Loi de Planck)
= 6,63×10-34 J·s
d'un corps est élevée et plus le maximum du rayonnement qu'il émet est de courte longueur d'onde 
:
(Loi de Wien : 1893)
, intégrée sur toutes les longueurs d'ondes, augmente comme la puissance quatre de la température 
(Loi de Stefan-Boltzmann : 1879-1884)Dernière mise à jour le 14 janvier 2000.