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Le spectre électromagnétique (EM) est la gamme de tous les types de rayonnement EM. Le rayonnement est de l’énergie qui se déplace et se propage en allant la lumière visible qui provient d’une lampe dans votre maison et les ondes radio qui proviennent d’une station de radio sont deux types de rayonnement électromagnétique. Les autres types de rayonnement EM qui composent le spectre électromagnétique sont les micro-ondes, la lumière infrarouge, la lumière ultraviolette, les rayons X et les rayons gamma.
Vous en savez plus sur le spectre électromagnétique que vous ne le pensez. L’image ci-dessous montre où vous pourriez rencontrer chaque portion du spectre électromagnétique dans votre vie de tous les jours.
Le spectre électromagnétique de la plus faible énergie/longueur d’onde la plus longue (en haut) à la plus forte énergie/longueur d’onde la plus courte (en bas). (Crédit : Imagine the Universe de la NASA)
Radio : Votre radio capte les ondes radio émises par les stations de radio, apportant ainsi vos morceaux préférés. Les ondes radio sont également émises par les étoiles et les gaz dans l’espace.
Micro-ondes : Le rayonnement micro-ondes cuit votre pop-corn en quelques minutes, mais il est également utilisé par les astronomes pour connaître la structure des galaxies proches.
Infrarouge : Les lunettes de vision nocturne captent la lumière infrarouge émise par notre peau et les objets dégageant de la chaleur. Dans l’espace, la lumière infrarouge nous aide à cartographier la poussière entre les étoiles.
Visible : Nos yeux détectent la lumière visible. Les lucioles, les ampoules électriques et les étoiles émettent toutes de la lumière visible.
Ultraviolette : Les rayons ultraviolets sont émis par le Soleil et sont la raison pour laquelle la peau bronze et brûle. Les objets » chauds » dans l’espace émettent également des rayons UV.
Rayons X : Un dentiste utilise les rayons X pour obtenir une image de vos dents, et la sécurité des aéroports les utilise pour voir à travers votre sac. Les gaz chauds de l’Univers émettent également des rayons X.
Les rayons gamma : Les médecins utilisent l’imagerie par rayons gamma pour voir à l’intérieur de votre corps. Le plus grand générateur de rayons gamma de tous est l’Univers.
Une onde radio est-elle la même chose qu’un rayon gamma ?
Les ondes radio sont-elles des objets physiques complètement différents des rayons gamma ? Elles sont produites dans des processus différents et sont détectées de différentes manières, mais elles ne sont pas fondamentalement différentes. Les ondes radio, les rayons gamma, la lumière visible et toutes les autres parties du spectre électromagnétique sont des rayonnements électromagnétiques.
Les rayonnements électromagnétiques peuvent être décrits en termes de flux de particules sans masse, appelées photons, chacune se déplaçant sous forme d’onde à la vitesse de la lumière. Chaque photon contient une certaine quantité d’énergie. Les différents types de rayonnement sont définis par la quantité d’énergie contenue dans les photons. Les ondes radio ont des photons de faible énergie, les photons des micro-ondes ont un peu plus d’énergie que les ondes radio, les photons infrarouges en ont encore plus, puis les rayons visibles, ultraviolets, X et, les plus énergétiques de tous, les rayons gamma.
Mesurer le rayonnement électromagnétique
Le rayonnement électromagnétique peut être exprimé en termes d’énergie, de longueur d’onde ou de fréquence. La fréquence est mesurée en cycles par seconde, ou Hertz. La longueur d’onde est mesurée en mètres. L’énergie est mesurée en électronvolts. Chacune de ces trois quantités permettant de décrire le rayonnement électromagnétique est reliée à l’autre de manière mathématique précise. Mais pourquoi avoir trois façons de décrire les choses, chacune avec un ensemble différent d’unités physiques ?
Comparaison entre la longueur d’onde, la fréquence et l’énergie pour le spectre électromagnétique. (Crédit : Imagine the Universe de la NASA)
La réponse courte est que les scientifiques n’aiment pas utiliser des chiffres plus grands ou plus petits que nécessaire. Il est beaucoup plus facile de dire ou d’écrire « deux kilomètres » que « deux mille mètres ». En général, les scientifiques utilisent les unités les plus faciles pour le type de rayonnement EM avec lequel ils travaillent.
Les astronomes qui étudient les ondes radio ont tendance à utiliser les longueurs d’onde ou les fréquences. La plus grande partie de la partie radio du spectre EM se situe dans la plage d’environ 1 cm à 1 km, soit des fréquences de 30 gigahertz (GHz) à 300 kilohertz (kHz). La radio est une partie très large du spectre EM.
Les astronomes infrarouges et optiques utilisent généralement la longueur d’onde. Les astronomes infrarouges utilisent les microns (millionièmes de mètre) pour les longueurs d’onde, de sorte que leur partie du spectre EM se situe dans la gamme de 1 à 100 microns. Les astronomes optiques utilisent à la fois les angströms (0,00000001 cm, ou 10-8 cm) et les nanomètres (0,0000001 cm, ou 10-7 cm). En utilisant les nanomètres, la lumière violette, bleue, verte, jaune, orange et rouge a une longueur d’onde comprise entre 400 et 700 nanomètres. (Cette plage ne représente qu’une infime partie de l’ensemble du spectre EM, de sorte que la lumière que nos yeux peuvent voir ne représente qu’une petite fraction de tout le rayonnement EM qui nous entoure.)
Les longueurs d’onde des régions ultraviolettes, des rayons X et des rayons gamma du spectre EM sont très petites. Au lieu d’utiliser les longueurs d’onde, les astronomes qui étudient ces portions du spectre EM se réfèrent généralement à ces photons par leurs énergies, mesurées en électronvolts (eV). Le rayonnement ultraviolet se situe dans la gamme de quelques électrons-volts à environ 100 eV. Les photons des rayons X ont une énergie comprise entre 100 eV et 100 000 eV (ou 100 keV). Les rayons gamma sont alors tous les photons dont l’énergie est supérieure à 100 keV.
Montrez-moi un graphique des régimes de longueur d’onde, de fréquence et d’énergie du spectre
Pourquoi met-on des télescopes en orbite ?
L’atmosphère terrestre empêche la plupart des types de rayonnement électromagnétique provenant de l’espace d’atteindre la surface de la Terre. Cette illustration montre à quelle distance dans l’atmosphère les différentes parties du spectre EM peuvent aller avant d’être absorbées. Seules les parties de la radio et de la lumière visible atteignent la surface. (Crédit : STScI/JHU/NASA)
La plupart des rayonnements électromagnétiques provenant de l’espace ne peuvent atteindre la surface de la Terre. Les radiofréquences, la lumière visible et certains ultraviolets parviennent jusqu’au niveau de la mer. Les astronomes peuvent observer certaines longueurs d’onde infrarouges en plaçant des télescopes au sommet des montagnes. Les expériences en ballon peuvent atteindre 35 km au-dessus de la surface et fonctionner pendant des mois. Les vols en fusée peuvent emmener des instruments jusqu’au-dessus de l’atmosphère terrestre, mais seulement pendant quelques minutes avant qu’ils ne retombent sur Terre.
Pour des observations à long terme, cependant, il est préférable d’avoir son détecteur sur un satellite en orbite et de se placer au-dessus de tout ça !
Mise à jour : Mars 2013