Une exoplanète est une planète située hors du système solaire. Les recherches
scientifiques sur ce sujet ont débuté au cours du XIXe
siècle. Aujourd’hui, on
recense près de 4000 exoplanètes.
➜ Comment détecter la présence d’une planète gravitant autour d’une étoile
sans pouvoir la voir directement ?
Objectifs
Interpréter les
observations
correspondant à une
manifestation de
l’effet Doppler.
Établir et exploiter
l’expression du
décalage Doppler.
Doc. 1
Exoplanètes
Les principales méthodes de détection sont des
méthodes indirectes : la méthode des vitesses radiales
qui permet, depuis la fin des années 1990, de découvrir
plusieurs dizaines d’exoplanètes par an et la méthode
du transit qui a permis, grâce au télescope Kepler, de
découvrir plus de 2500 exoplanètes entre 2014 et 2018.
La méthode du transit consiste à observer la diminution
périodique de la luminosité d’une étoile lorsqu’une
planète passe devant.
La méthode des vitesses radiales consiste à mesurer,
grâce à l’effet Doppler-Fizeau, le léger mouvement
circulaire d’une étoile induit par l’attraction
gravitationnelle exercée par ses planètes. On observe
ainsi un décalage périodique du spectre de l’étoile.
Doc. 2
Évolution de la vitesse radiale de ε Tau
D’après B. Sato et al., « A Planetary Companion to the Hyades
Giant ε Tauri », The Astrophysical Journal, 20 mai 2007.
Doc. 3
Jour julien
Le jour julien (abrégé en JD, pour julian day en
anglais) est la base d’un système de datation utilisé
en astronomie et qui consiste à compter le nombre
de jours écoulés depuis une date de référence fixée
arbitrairement au premier janvier -4712 à 12 h
Doc. 4
Décalage Doppler-Fizeau
Du fait de l’effet Doppler-Fizeau, la longueur d’onde
des radiations émises sera décalée positivement
ou négativement selon que l’astre s’éloigne ou se
rapproche, selon la relation : ∣Δλ∣=cv⋅λem
Δλ : décalage en longueur d’onde (m)
v : vitesse de l’astre (m·s-1)
c : célérité de la lumière dans le vide égale à c=3,00×108 m·s-1 λem : longueur d’onde de la radiation émise (m)
Compétences
✔APP : Extraire
l’information utile
✔RAI/ANA : Construire un
raisonnement
Questions
1. Expliquer pourquoi les longueurs d’onde des raies d’absorption d’une étoile autour de
laquelle gravite une planète subissent un décalage périodique.
2. Déterminer la période de révolution, c’est-à-dire la durée pour effectuer un tour autour
de l’étoile, de l’exoplanète gravitant autour de l’étoile ε Tau.
3. Calculer les extrema du décalage en longueur d’onde du spectre de l’étoile ε Tau pour
la raie du sodium (λem=589 nm).
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Synthèse de l'activité
La précision du dispositif utilisé par les membres de l’équipe de B. Sato ne leur permettait pas de mesurer une vitesse inférieure à 6 m⋅s-1. En déduire la valeur la plus faible du
rapport entre le décalage Doppler et la longueur d’onde.
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