effet doppler

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effet doppler

Messagepar chemla » 16 Déc 2014, 19:22

Bonjour,

J'aurais une question par rapport à cette histoire de "décalage vers le rouge" dont on entend parler et qui serait la preuve que l'univers est en expansion, il s'agit d'une question de naïve et je verrai, selon qu'on me répond ou pas, si j'aurais pu trouver la réponse ailleurs qu'ici.

Je ne comprends pas comment on fait pour les étoiles très très éloignées de la Terre : on sait la vitesse à laquelle va la lumière mais on ne sait ni combien de temps elle met pour nous parvenir depuis l'une de ces étoiles ni à quelle distance est l'étoile et donc je n'arrive pas à comprendre comment on peut déduire deux informations inconnues d'une seule connue (je pensais qu'en général, on a la vitesse et la distance et on en déduit le temps, ou bien on a la vitesse et le temps et on en déduit la distance).

D'autre part, par rapport à cette histoire d'effet Doppler : j'ai bien remarqué qu'il a lieu au passage des ambulances, et cela que la voiture dans laquelle je suis soit immobile ou en mouvement, mais là encore, si je connais la vitesse des deux véhicules, j'imagine que je pourrai savoir de combien le son descend. Mais pour les étoiles très lointaines, j'imagine qu'elles se déplacent et on connaît leur vitesse de déplacement ? C'est ça qui permet de voir le décalage vers le rouge ? Sans connaître ni distance ni temps ?

Bref, si quelqu'un pouvait m'expliquer cela calmement sans mettre des majuscules (sans me crier dessus !), ça serait très chouette.

Cordialement,
Denise Chemla

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Re: effet doppler

Messagepar darrigan » 16 Déc 2014, 20:58

Très bonne question Denise !! :joie:
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Re: effet doppler

Messagepar ecolami » 16 Déc 2014, 22:57

Bonsoir,
La loi de Hubble répond a la question http://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de_Hubble
Comme je ne suis pas physicien je ne comprends pas bien le lien entre les étoiles variables, la loi qui régit leur luminosité et le décalage vers le rouge.
Je me rappelais juste que les étoiles variables faisaient partie du problème.
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Re: effet doppler

Messagepar ecolami » 16 Déc 2014, 23:07

Suite,
L'article de wikipédia montre une limite a l'explication via la loi de Hubble: en effet plus les galaxies sont éloignées plus vite elles s'éloignent de nous. Théoriquement elles pourraient dépasser la vitesse de la lumière. Pour ne pas toucher a cette sacrosainte limite il suffit d'étirer l'espace sans toucher à la vitesse! Astucieux, n'est-il pas? (C'est vraiment n'importe quoi!!)
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Olivier
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Re: effet doppler

Messagepar Olivier » 20 Déc 2014, 10:34

Bonjour Denise,

j'ai trouvé ici la réponse à ta question :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Mesure_des ... astronomie

Je te l'explique quand même avec mes mots (et surtout mes phrases), mais avant tout je te donne la solution, en fait on connait la distance des étoiles lointaines. Voici comment :

Pour les étoiles proches, on fait par triangulation. Il s'agit de construire un triangle à partir de l'un de ses côtés et des deux angles attenants à ce côté. On imagine facilement que l'on peut fermé ce triangle et qu'il est unique, et donc que la construction est possible. Le côté en question c'est le diamètre de l'orbite de révolution de la Terre autour du Soleil (300M km). On mesure alors l'angle (aussi appelé parallaxe) que fait la direction Terre-étoile avec la direction Terre-Soleil, à six mois d'intervalle pour avoir les deux angles.

Rmq: la triangulation c'est ce que font les poules ! Comme beaucoup de proies, elles ont les yeux de chaque côté de la tête pour voir les prédateurs arriver, et de ce fait elles n'ont pas la 3D. Le mouvement de va et vient de la tête leur permet de faire de la triangulation et de retrouver les distances (mais elles n'attendent pas six mois... :frog: ).

Par triangulation donc, on obtient un échantillon d'étoiles dont on connait la distance, et dont on peut observer le spectre (la composition) de raies d'émission, c'est à dire les différentes couleurs émises selon ce qu'elles étaient en train de fusionner.
Parmi ces étoiles, les céphéides sont intéressantes car leur luminosité varie périodiquement sur quelques jours (donc à échelle humaine). On peut calculer leur magnitude absolue (quantité totale d'énergie électromagnétique rayonnée par seconde) à partir de leur magnitude apparente, car celle-ci diminue en fonction du carré de la distance. En effet, les photons émis à un instant t sont sur une sphère dont le rayon r augmente, à la vitesse de la lumière, et l'aire d'une sphère c'est 4 pi r^2 (je me souviens que ton explorateur ne lis pas le code LaTex, ça tombe bien, je ne sais toujours pas m'en servir !). Si je double ma distance à l'étoile, l'aire est quatre fois plus grande et je divise donc par quatre le nombre de photons que je reçois.

Il suffit maintenant de partir à la recherche des céphéides des galaxies proches, céphéides que l'on reconnait grâce à leurs variations de luminosité, et dont on mesure la magnitude relative. On en déduit leur distance et celle des étoiles appartenant à la même galaxie.
On observe alors les spectres de raies de ces étoiles, c'est bien celui attendu mais décalé vers le rouge par effet Doppler-Fizeau (soyons chauvin :vieux: ) relativiste (je précise parce que le calcul classique ne donnerait pas les bonnes valeurs), car les galaxies s'éloignent les unes des autres.

On obtient un échantillon de galaxies dont on connait la distance et le décalage spectral.
Pour les galaxies lointaines, on mesure le décalage spectral, on en déduit la distance.

Pour ta seconde question, l'effet Doppler (ondes en général) et Doppler-Fizeau (ondes électromagnétiques) ne dépendent que de la vitesse relative entre observateur et phénomène observé (la vitesse perpendiculaire à leur direction ne compte pas). La distance n'intervient pas.

Et voilà, des explications sans crier !
Olivier

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Re: effet doppler

Messagepar darrigan » 20 Déc 2014, 12:06

Super Olivier :+1:

Tout ça me dépasse un peu, et j'ai plein de questions.

1) A-t-on le "droit" d'imaginer des triangles dont un côté est extrêmement petit par rapport aux deux autres côtés (ceux vers l'étoile visée), à travers un univers qui n'est même pas euclidien ? Ça fonctionne encore la trigonométrie à cette échelle et dans cet espace ? #-/

2) Soit un photon émis par l'étoile lointaine. Celui-ci traverse l'espace-temps jusqu'à notre rencontre. Comment savoir si son décalage vers le rouge vient de l'éloignement de l'étoile, relativement à nous, où vient de l'extension de l'univers ? (là j'ai en tête l'image d'une grande toile élastique qui s'étire de façon isotrope dans toutes les directions ; les photons sont "étirés" en même temps n'est-ce pas ?)

3) Le photon qui a été émis par l'étoile lointaine et qui nous arrive, a été émis il y a X milliards d'années. Imaginons que ce photon vienne d'une désexcitation d'un atome d'hydrogène du niveau électronique 2 vers son niveau fondamental 1, il a donc une énergie $\Delta E$ qui peut se calculer avec la formule de Ritz dans laquelle on trouve les constantes $h$, $c$, $m_e$, $m_p$, $\varepsilon_0$. Il y a X milliards d'années, au moment où le photon a été émis, ces constantes avaient-elles toujours les mêmes valeurs ? Si ce n'est pas le cas, on interprète peut-être le décalage vers le rouge comme un éloignement, et non comme une variation des constantes dans le temps… Ou, en tous cas, il y a peut-être superposition de ces deux causes ? Tu vois ce que je veux dire ?


NB : pour les formules TeX, tu peux les placer entre des dollars ou double-dollars, ou avec la balise tex. Voir ici
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Re: effet doppler

Messagepar Olivier » 21 Déc 2014, 14:16

Salut Clovis,

1) Oui on peut utiliser la trigonométrie euclidienne à cette échelle, qui reste très petite par rapport au reste de l'univers observable. On n'a toujours pas mis en évidence de courbure de l'univers (satellite Planck). Si l'univers a une courbure celle-ci est très faible. Pour ceux qui n'aurait pas compris la question de Clovis, imaginez faire de la triangulation à la surface d'une sphère : pour un petit triangle dessiné sur la sphère les calculs sont quasi exacts, mais s'il est grand les angles sont très ouverts et les calculs sont faux.

2) Pour cette question je vais devoir crier, parce que je ne suis pas compétent ! Bon, je tente quand même une réponse. Je vois ça un peu comme si l'on observait les molécules de gaz d'une bouteille qui s'éloigne de nous. Chaque molécule a son mouvement relativement à nous, mais il y a un mouvement d'ensemble, qui correspond a l'expansion de l'univers. Les spectres d'émission des étoiles ont un décalage vers le rouge commun, et ils ont aussi un décalage vers le rouge qui leur est propre. Il faut donc faire des statistiques sur les décalages spectraux des étoiles.
Je viens de lire ici :
http://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9cal ... s_le_rouge
que le décalage commun pourrait ne pas être interprété comme un effet Doppler-Fizeau, mais comme un allongement des longueurs d'onde. Il n'est pas expliqué pourquoi l'effet Doppler-Fizeau n'est pas suffisant pour décrire le phénomène observé.

3) En faisant varier ces constantes je pense que l'on observerait une distorsion des raies (changement relative de tailles) alors que l'on n'observe qu'un décalage des raies d'émission. La seule variation de la vitesse de la lumière reste une explication possible a supposé que la variation de vitesse provoque une variation de la longueur d'onde (il faudrait voir par exemple ce qu'il se passe lorsque la lumière passe dans du verre).
A noter que cette hypothèse est abandonnée, pour des raisons... obscures:
http://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9cal ... s_le_rouge

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Re: effet doppler

Messagepar darrigan » 05 Jan 2015, 19:38

Merci Olivier, c'est bien plus clair. Et puis avec la page Wikipédia, j'ai même eu une réponse à une autre question : si le décalage venait du déplacement des photons d'un champ gravitationnel élevé vers un champ gravitationnel faible. (Décalage d'Einstein)
:salut:
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