Le spectre lumineux

Auteur: Benjamin Mollier

Le spectre électromagnétique

Le spectre électromagnétique s'étend de la radio aux rayons gammas. À l'aide de différents instruments (de gauche à droite : Le réseau décamétrique de Nançay, le télescope décimétrique de Nançay, l'interféromètre submillimétrique du plateau de Bure, le satellite Planck, le satellite infrarouge Spitzer, le VLT, le télescope spatial Hubble, l'observatoire X européen XMM-Newton, le satellite gamma Fermi), permet d'observer des objets aussi divers que (de gauche à droite) des galaxies en collisions, le fond diffus cosmologique, la poussière dans une galaxie, des nébuleuses diffuses, le Soleil, la Voie Lactée.

Crédit : B. Mollier (+NASA / ESA / CNES / IRAM)

Un électron qui s'agite, qui s'agite...

Le farceur peut agiter plus ou moins vite les bras. Il en est de même pour notre charge électrique. On peut la secouer très doucement, de l'ordre du Hertz. Elle créera alors une onde radio. Si on l'excite très vite, de l'ordre de un million de milliards de fois par seconde, c'est une onde lumineuse visible qui naîtra. Encore plus vite, et ce seront des rayons X et $\gamma$ qui seront générés.

Les domaines de fréquences luminueuses

La fréquence des ondes lumineuses peut donc varier sur plusieurs ordres de grandeur, allant de la radio aux rayons $\gamma$ en passant par le visible. Pourtant, ce sont tous la manifestation d'un même phénomène, la propagation d'une onde électromagnétique. Seule la fréquence varie.

Si ces ondes lumineuses ne sont pas toutes regroupées sous la même appellation, c'est en partie pour des raisons historiques (on ne savait pas encore que c'était la même chose), et en partie pour des raisons instrumentales, car les outils pour les détecter ne sont pas les mêmes. On utilise parfois des antennes, parfois des miroirs et des capteurs CCD, parfois des lames de silicium...

L'astronomie est un domaine très riche, où toutes ces fréquences sont intéressantes à étudier, car elles nous renseignent sur des phénomènes très variés et des objets très différents. Le tableau suivant présente les différents domaines de longueurs d'onde ainsi que les phénomènes les produisant.

Les différents domaines spectraux
Domaine spectral	Longueur d'onde (en m)	Fréquence (en Hz)	Instruments	Sources
Ondes radio		$< 10^{8}\ (100\ MHz)$	Réseau décamétrique de Nançay	Nuages froids, aurores polaires.
Ondes radio	$> 10^{-3}$	$< 10^{10} \sim 10^{11}$	Radiotélescope de Nançay	Hydrogène neutre (raie à $21\ cm$ )...
Submillimétrique	$\sim 10^{-3} - 10^{-4}$	$< 10^{11} \sim 10^{12}$	Observatoire du plateau de Bures	Fond diffus cosmologique, objets/poussières froids...
Infrarouge	$\sim 10^{-4}-10^{-6}$	$\sim 10^{12}-10^{14}$	VLT, CHARA, Keck, Spitzer	Étoiles, planètes, poussières...
Visible	$\sim 800.10^{-9}-400.10^{-9}$	$\sim 10^{14}$	Hubble, HARPS, Soho...	Étoiles, Soleil, planètes, nébuleuses, trous noirs...
Ultraviolet	$\sim 10^{-7} - 10^{-9}$	$\sim 10^{17}$	Soho	Soleil, étoiles, trous noirs
Rayons X	$\sim 10^{-10}$	$\sim 10^{18}$	XMM, Chandra...	Étoiles binaires en interaction, trous noirs...
Rayons γ	$< 10^{-18}$	$> 10^{26}$	Fermi	Sursauts gamma, trous noirs