Ondes et matière (Rayonnements dans l’Univers)

Observer l’Univers depuis la Terre

Conditions de mise en œuvre : activité de découverte en classe d’une durée de 30 minutes environ.
Extrait du BO :
Notions et contenu Compétences exigibles
Rayonnements dans l’Univers
Absorption de rayonnements par l’atmosphère terrestre.
Extraire et exploiter des informations sur l’absorption de rayonnements par l’atmosphère terrestre et ses conséquences sur l’observation des sources de rayonnements dans l’Univers.

Compétences travaillées

• Compétences du préambule du cycle terminal : pratiquer une démarche scientifique (rechercher, extraire et organiser l’information utile, mobiliser ses connaissances, mettre en œuvre un raisonnement, communiquer à l’écrit).
• Compétences « extraire et exploiter » : extraire et organiser des informations utiles, choisir de manière argumentée ce qui est à retenir dans des ensembles, exploiter qualitativement des informations.
Prérequis : onde EM, longueur d’onde.
Au cours du XXème siècle, le champ d’investigation de l’astronomie s’est étendu de la lumière visible à l’ensemble du spectre électromagnétique, des ondes radio jusqu’aux rayonnements les plus énergétiques : les rayons gamma . Mais l’ensemble des ondes électromagnétiques est-il observable depuis le sol terrestre et pourquoi ?

Lire et Comprendre

Lisez les documents fournis et sélectionnez ceux qui contiennent les informations qui vous permettront d’apporter les réponses argumentées aux questions suivantes :
Questions 
1. Pour quels types de rayonnement du spectre électromagnétique, l’observation au sol est-elle possible ?
2. En astronomie, le domaine le plus favorable à la détection d’exoplanètes est l’infrarouge moyen (autour de 10 μm). L’observation au sol dans l’infrarouge nécessite des conditions particulières. Lesquelles ? Pour quelle raison ?
3. Dans le domaine des UV et des rayons X, le photon incident est très énergétique. Il peut donc générer soit des réactions de photodissociation de molécule (rupture d’une liaison) qui libèrent de la chaleur après une recombinaison des atomes provoquant une augmentation de température du milieu, soit des réactions de photoionisation qui produisent des ions.
3.A. Dans quelle(s) couche(s) de l’atmosphère ont lieu ces réactions ?
3.B. L’observation des rayons X et UV est-elle donc possible au sol ?
4. Les photons gamma, mille milliards de fois plus énergétiques que la lumière visible, proviennent des objets les plus « violents » de l’Univers.
4.A. Pourquoi dit-on que le télescope HESS détecte indirectement les rayons gamma ?
4.B. Quel modèle permet de comprendre que des particules secondaires (« gerbe atmosphérique ») sont créées à partir de l’énergie d’un photon gamma ?
5. Où placer les télescopes pour pouvoir accès à l’ensemble du spectre électromagnétique ?
Questions supplémentaires :
6. Le télescope spatial Hubble a été lancé en 1990 par la navette spatiale. Il permet notamment d’observer le domaine du visible en échappant de par sa position à d’autres perturbations causées par l’atmosphère. Lesquelles ?
7. Pourquoi est-ce que les scientifiques continuent de construire des observatoires terrestres ?