Construisez un spectroscope

(difficulté: * très facile)

Un spectroscope est un tube muni d'une fente, d'une lentille et d'un réseau: Il permet d'observer un spectre: la lumière décomposée en arc-en-ciel. Le spectre du Soleil contient des milliers de raies caractéristiques des éléments présents dans le Soleil ou dans l'atmosphère terrestre.

Un petit spectroscope d'amateur permet de voir une dizaine de raies.


La réalisation:

Il faut tout d'abord se procurer une lentille d'une longueur focale élevée comme celle d'une longue-vue (la qualité optique n'est pas critique). Il faut aussi un réseau: des traits réguliers et parallèles très fin. La version économique se présente sous l'aspect d'une diapo. (un réseau est plus efficace qu'un prisme)

Il faut se procurer un tube de carton noir opaque de la longueur de la focale de la lentille: d = 50 x 500 par exemple. A une extrémité du tube, on dispose la fente: par exemple 2 lames de rasoir écartées de 1/10 de mm environ (sans fuite de lumière). A l'autre extrémité du tube, on dispose la lentille et le réseau juste derrière.

Si on regarde le réseau en braquant le spectroscope vers une lumière, on voit 2 spectres symétriques. Pour améliorer le dispositif, on peut rajouter un cône noir incliné pour ne sélectionner qu'un des deux spectres et éviter une vue directe de la lumière. Sinon, en cas de problème avec la fente (rupture), l'observation du soleil peut devenir très dangereuse. Il faut appliquer son oeil sur le cône (comme pour des jumelles) qui abrite l'observateur de la lumière extérieure.

 


Remarques:

- Plus la focale de la lentille est grande, plus le spectroscope est encombrant mais plus le spectre et grand

- Plus la fente est étroite, plus la résolution est élevée: plus on voit de raies mais moins le spectre est lumineux. Une astuce: régler les fentes en travers pour avoir toujours une zone assez lumineuse et suffisamment résolue.

- On peut, à la place du cône, installer un "oculaire" avec des lentilles mais c'est plus compliqué.

Vue du spectroscope (qui a pas mal d'heures de vol) le CD donne l'échelle:

 

La fente (du spectroscope) vue de près:


Expérimentation:

Avant de regarder le Soleil, essayer sur une ampoule électrique puis sur le ciel et vérifier soigneusement les fentes pour être sur qu'elles ne puissent pas s'ouvrir accidentellement.

- Regarder le spectre d'une ampoule ordinaire à incandescence: pas de raies, un spectre étalé, centré vers l'orange pas très intéressant

- Regarder le spectre du Soleil: un spectre régulier et étendu avec des raies d'absorption, les plus visibles sont sans doute celles du Sodium (orange) et Fer (vert). Si l'appareil est bien construit, avec de l'habitude, on peut voir plus de 10 raies (la photo, de mauvaise qualité, ne permet pas de les voir):

- Braquer le spectroscope vers la flamme de la gazinière familiale. Demander à quelqu'un de jeter une pincée de sel de cuisine (chlorure de Sodium) sur la flamme qui se colore en orange: la raie du Sodium, très brillante, est bien visible:

- Regardez un tube "Néon": un spectre très irrégulier avec des raies très brillantes vers le bleu

- Regardez une lampe "économique" (qui est en fait une espèce de tube Néon): un spectre très irrégulier avec des raies dans tout le spectre:

- Regarder la lumière d'un lampadaire d'éclairage public "orange". Encore la raie Sodium: l'ampoule utilise cet élément pour obtenir une lampe très efficace mais qui dénature les couleurs.

 


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31/07/2017