Le corps noir est un objet théorique dont le rayonnement électromagnétique ne dépend que de sa température. Pour plus d'informations, vous pouvez lire mon article sur le corps noir. La première personne à avoir utilisé la notion de corps noir est Gustav Kirchhoff en 1862 qui a consacré une bonne partie de sa vie à l'étude spectroscopique de la lumière.
On modélise souvent un corps noir comme un trou dans une cavité à l'équilibre thermodynamique. La lumière y entre et y reste coincée pour l'éternité. La conséquence est que la cavité chauffe et finit par émettre un rayonnement qui est uniquement du à la température et qui correspond au spectre du corps noir.
Le rayonnement du corps noir possède une origine statistique. Il existe de nombreux objets dans l'univers dont le rayonnement s'apparente à celui d'un corps noir. On retrouve le fond diffus cosmologique qui correspond à un corps noir pratiquement parfait dont la température est portée à 2.7 Kelvins ainsi que les étoiles.
Mais ce qui m'intéresse le plus ici, ce sont les étoiles. Nous savons qu'elles sont constituées à plus de 90% d'hydrogène sous différentes formes. Le dihydrogène lorsqu'il est chauffé à haute température émet un spectre électromagnétique de la forme suivante :
Le spectre d'émission de l'hydrogène n'a absolument rien à voir avec le spectre du corps noir qui a la forme suivante.
Et si on regarde le spectre électromagnétique d'une étoile assez jeune comme le Soleil par exemple on obtient ceci :
La ressemblance est assez frappante avec le spectre du corps noir. Une étoile semble donc être presque un corps noir. Mais un problème subsiste.
Si celle-ci est composée à plus de 90% d'hydrogène, pourquoi son spectre n'a rien à voir avec le spectre d'émission du dihydrogène ?
Le problème est ouvert, à vous de jouer dans les commentaires ! J'afficherai dans l'article la meilleure réponse 😉
5 commentaires sur “Problème du jour (1) : Mais d'où vient le rayonnement du corps noir ?”
Le soleil est composé d'hydrogène atomique en surface (5700 K), mais... entre le coeur du soleil et la surface et bien il y a de la matière ionisée ?
Est-ce que les électrons et protons peuvent émettre de la lumière "thermalisée" ?
En effet, le Soleil est composée de matière ionisée en grande quantité.
En première approximation, évidement que les électrons et les protons peuvent émettre de la lumière "thermalisée". Cela signifie simplement que la matière qui compose le Soleil est à l'équilibre thermodynamique, c'est à dire que les fermions (protons + électrons) suivent la statistique de Fermi-Dirac et les photons suivent la statistique de Bose-Einstein qui est directement liée à la loi de Planck du rayonnement thermique.
Mais il existe de nombreux effets non-linéaires dus au fait que l'approximation d'équilibre thermodynamique n'est pas une approximation parfaite.
En physique on représente "l'approximation thermodynamique" par un libre parcours moyen (distance parcourue entre deux interactions) des photons nul, or on sait en pratique que ce n'est pas le cas : c'est quand même plus vrai au centre qu'à la surface du soleil car la densité de matière y est plus importante. C'est la raison pour laquelle le spectre de rayonnement du Soleil n'est pas exactement superposé à un spectre de corps noir.
En conséquence, les écarts du spectre du Soleil au spectre de rayonnement d'un corps noir sont principalement dus à des effets de surface comme de la diffusion Rayleigh, de l'absorption (raies), de la convection, du champ magnétique etc ... .
Merci pour ce complément.
J'ai lu la question posée, et les commentaires, et je me disais que personne n'avait donné de réponses. Alors j'ai hasardé une réponse, qui semble être la bonne ?
En tout cas le blog est très intéressant, j'ai vu plusieurs sujets qui m'intéressent, alors je reposterai probablement.
Et bien je n'ai pas d'explication à proposer mais je suis intéressé par la réponse !
J'essayerai de vous donner une réponse claire le plus rapidement possible 😉