Cours de Terminale sur les rayonnements dans l’Univers
Ondes et particules
Les rayonnements dans l’Univers sont divers : électromagnétique, solaire, associé à la radioactivité, cosmique…
Différents types de rayonnements
Rayonnement électromagnétique:
Le rayonnement électromagnétique émis par le Soleil a un spectre très étendu : des rayons γ ou X de courte longueur d’onde aux ondes radio de grande longueur d’onde.
Le spectre électromagnétique est une décomposition du rayonnement électromagnétique selon la longueur d’onde λ, la fréquence f, la période T ou l’énergie des photons E.
On peut citer les ondes radio, les micro-ondes, le rayonnement infrarouge, la lumière visible, les rayonnements ultraviolets, les rayons X et les rayons gamma.
Seuls nous parviennent les rayonnements ultraviolets (UV), visible et infrarouge (IR), les autres parties du rayonnement ayant été absorbés par les atomes ou les ions de la chromosphère solaire ou de l’atmosphère terrestre.
On peut observer une multitude de raies d’absorption plus ou moins intenses dans le spectre visible :
D’intensité variable : absorption due à des atomes ou des ions situés dans l’atmosphère terrestre. En fonction des heures de la journée, l’épaisseur de l’atmosphère traversée par le rayonnement et l’intensité des raies d’absorption varient.
D’intensité constante : absorption due aux gaz de la chromosphère solaire.
Les raies d’absorption dans le spectre d’émission d’une étoile renseignent sur les éléments chimiques de son atmosphère.
Rayonnement associé à la radioactivité:
La radioactivité est un phénomène physique par lequel un noyau instable se désintègre pour constituer un noyau plus stable. Il existe plusieurs types de radioactivités :
- Le rayonnement α : qui s’accompagne de l’émission d’un noyau d’hélium
- Le rayonnement : qui s’accompagne de celle d’un électron
- Le rayonnement : qui s’accompagne de celle d’un positron
- Le rayonnement : qui s’accompagne d’émission de photons
La radioactivité naturelle : radioactivité issue de la désintégration de noyaux présents dans la nature (radioactivité des roches par exemple).
Radioactivité artificielle : radioactivité provenant de l’activité humaine (médecine, centrale nucléaire, par exemple).
Rayonnement cosmique :
Rayonnement constitué par des particules cosmiques : particules chargées (protons, électrons ou noyaux d’hélium par exemple), neutrinos et photons γ.
Ces particules relativistes constituent le rayonnement primaire, dont l’origine est solaire, galactique ou intergalactique.
Les particules primaires peuvent interagir avec l’atmosphère et créer des gerbes secondaires produisant d’autres particules classées en deux grandes catégories : les leptons et les hadrons.
Lepton : famille de particules élémentaires à laquelle appartiennent les électrons, les positrons (antiparticules des électrons), les muons et les neutrinos.
Hadrons : famille de particules à laquelle appartiennent les protons, les neutrons et les protons, les neutrons et les pions par exemple. Les hadrons possèdent une sous structure.
Les différentes sources de rayonnement
Le Soleil:
La puissance du rayonnement électromagnétique par unité de surface (irradiance) est maximale dans le visible, mais n’est pas négligeable pour les autres gammes de rayonnement.
Le Soleil est donc principalement une des sources de rayonnement ultraviolet, visible et infrarouge. On peut aussi lui associer des rayonnements gamma et radio.
Les étoiles:
Les étoiles se forment suite à la contraction d’une nébuleuse (nuage) de gaz et de poussières sous l’effet de la gravité. Si la température est suffisante, des cycles de réactions nucléaires commencent au cœur de la nébuleuse pour former une étoile.
Une étoile est un astre émettant un rayonnement électromagnétique à cause des réactions nucléaires qui se produisent en son centre.
Les étoiles émettent des rayonnements électromagnétiques dont la longueur d’onde est très variable.
Une observation de la voie lactée permet de comprendre que les étoiles émettent de très nombreux rayonnements.
Les autres astres:
Les autres astres (tels que les planètes, comètes, astéroïdes …) émettent eux aussi des rayonnements qui dominent dans l’infrarouge, mais qui sont moins intenses que ceux émis par les étoiles.
Le rayonnement fossile:
On appelle aussi le rayonnement fossile : le fond diffus cosmologique.
La lumière, émise environ 380 000 ans après le Big Bang et encore observable aujourd’hui, est composée de micro-ondes de basse température (2,73 K). Cette lumière est un témoin de la jeunesse de l’Univers. La découverte du rayonnement fossile sans connaître son origine est le résidu des conditions extrêmes qui existaient dans les premiers instants de l’univers.
