Lumières et couleurs des étoiles.

Quoi de plus beau qu'un bel arc-en ciel après l'orage , un lagon dans le pacifique , un rubis qui brille de mille feux ou tout simplement les ailes d'un papillon. Cette beauté est associée à leurs couleurs , mais les couleurs ..... c'est quoi?

Le visible , l'invisible et ......les spectres (horreur!)

En 1665 à Cambridge (ce n'est pas certain) , un jeune homme de 23 ans est en train de percer un trou dans le volet fermé de sa chambre. Dehors , la journée est magnifique (...ça arrive quelquefois en Angleterre) le soleil est éclatant.

Dans le rayon de lumière pénétrant dans la pièce , il place un morceau de verre taillé en forme de prisme. En face sur une feuille blanche s'étale une succession de couleurs allant du rouge au violet. Isaac Newton vient de réaliser le spectre de la lumière blanche. Toutes les couleurs de l'arc en ciel sont présentes , chaque teinte étant déviée différemment par le prisme: la couleur rouge est la moins déviée , la violette est la plus déviée.

Newton n'en reste pas là. A l'aide d'un trou dans une petite planche , il isole la lumière bleue et la renvoie sur un second prisme. Il observe alors une nouvelle déviation mais pas de nouvelle dispersion en lumières colorées.

Newton vient de comprendre que la lumière "blanche" venant du soleil est un mélange de lumières colorées que le prisme dévie différemment. A partir de là , Newton multiplie les expériences et montre qu'on peut refaire de la lumière blanche en mélangeant toutes les lumières colorées.

Quand tu observes une pomme bien rouge , la peau contient des pigments qui éclairés en lumière blanche , vont réémettre du rouge et absorber les autres couleurs. La preuve , si tu éclaires la pomme avec une lumière violette , la pomme est noire. (Elle ne peut émettre du rouge , n'ayant reçu que du violet). Le noir n'est donc qu'une absence de couleur. La couleur est donc directement liée à la lumière. Quelquefois les couleurs sont dues à des phénomènes plus complexes (interférences) comme pour les ailes de certains papillons qui ne possèdent pas de pigments.

La couleur des étoiles et leur température.

Autrefois dans les campagnes on voyait travailler le forgeron . Le fer chauffé change de couleur à mesure que sa température s'élève: il rougit d'abord , vire au jaune et finit au blanc. Si on interpose un prisme sur le trajet de cette lumière , on observe un spectre d'émission continu qui s'étale et s'enrichit en vert , bleu et violet quand la température augmente.L'étalement du spectre est donc une bonne indication de la température de la source émettrice. Peut-être as tu observé que les étoiles peuvent être colorées: ainsi Bételgeuse a un aspect rougeâtre , sa température de surface est de l'ordre de 3000 degrés. Sirius est blanche (8000 degrés) , Rigel est bleutée (11000 degrés). Le soleil est jaune et affiche une température de surface autour de 6000 degrés.

....Et les lumières invisibles?

 

Chaque couleur est donc la manifestation d'une température et donc d'une quantité d'énergie donnée. Qu'y a-t-il donc au-delà du violet et en deçà du rouge? I l a fallu attendre le développement de techniques particulières pour mettre en évidence ces "lumières invisibles" pour notre oeil. Les UV , les rayons X et gamma correspondent à des énergies de plus en plus élevées. Ces derniers proviennent de milieux chauffés à plus de 100 millions de degrés lors d'événements violents (collisions par exemple) concernant des objets de notre univers.

En deçà du rouge on trouve les infrarouges , les ondes submillimétriques et les ondes radio. Les moins énergétiques sont les ondes radio qui proviennent de milieux chauffés à -268° C . Toutes ces ondes ou ces radiations dites électromagnétiques sont donc de même nature que la lumière , mais nous ne les voyons pas.

L'énergie d'un photon (grain de lumière) est proportionnelle à sa fréquence vibratoire v (W = hv) et inversement proportionnelle à sa longueur d'onde (Lo). W = hc/Lo . h étant la constante de Planck. C étant la vitesse de la lumière dans le vide.

Nous sommes de véritables aveugles quand nous observons l'univers. Ce qu'on appelle la fenêtre du visible est comprise entre 400 et 800 nm de longueur d'onde (du violet au rouge) , c'est une plage minuscule dans le domaine des ondes électromagnétiques.

Les étoiles émettent dans toutes les longueurs d'onde (visibles et invisibles). Notre atmosphère en absorbe une grande partie (gamma , X , une partie des UV et une partie des IR). Les télescopes en orbite autour de la terre peuvent capter ces rayonnements invisibles et étudier étoiles et galaxies sous toutes les coutures. Même les planètes qui sont des corps "froids" émettent en IR , alors qu'en visible elles ne font que réfléchir la lumière du soleil.

300 000 ans après le big bang , l'univers est devenu "lumineux" laissant partir les photons jusqu'alors "collés" à la matière. Aujourd'hui ce rayonnement baigne tout l'univers . La température de ce rayonnement est 2,7 K (soit une température de -270,3°C) . Ce rayonnement prévu théoriquement a été découvert fortuitement par Penzias et Wilson (USA) et est un des arguments de la théorie du big bang.

Alors tu vois la lumière c'est la messagère des étoiles , elle nous apporte plein d'informations sur la nature des objets qui nous entourent , sur leur composition , sur leur vitesse. C'est elle qui a inspiré Einstein dans la théorie de la relativité. C'est elle qui nous permet d'élaborer des modèles cosmologiques , c'est elle qui nous fait bronzer .....

Plus-tard tu apprendras que la lumière (qui est une onde) peut aussi se comporter comme un corpuscule . La mécanique quantique régit ces phénomènes.......Peut-être contribueras-tu à mieux comprendre ces phénomènes et à rendre notre univers ....plus lumineux.


Retour Astro jeunes.