Auteur: EM
Spectres d'émission thermique
Difficulté : ☆☆☆
Temps : 30 min
Interpréter les spectres d'émission thermiques suivants à l'aide du cours. On répondra notamment aux questions suivantes :
Pour l'interprétation du spectre 2, voici une formule semi-numérique pour convertir les radiances spectrales en température de brillance : 
où la longueur d'onde 
est en µm et la radiance 
en 
Question 1)
Identifier les espèces gazeuses présentes dans la planète du spectre 1.
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Il y a trois bandes identifiables.
Elles sont situées vers 15 µm, 9,6 µm et en dessous de 6 µm.
Il s'agit de CO2 vers 15 µm, de O3 vers 9,6 µm et de H2O en-dessous de 6 µm.
Question 2)
Estimer la température de surface pour le spectre 1, et la structure thermique des deux atmosphères.
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Interpréter le spectre 1 en termes de température de brillance.
Examiner ensuite si les raies sont visibles en absorption ou en émission.
Sur le spectre 1, en dehors de toute absorption gazeuse, le spectre thermique culmine à des températures de brillance légèrement supérieures à 300 K. Cela correspond à la température de surface.
Le spectre 1 présente des raies en absorption. Elles sont donc formées dans une zone où le profil thermique décroît avec l'altitude, entre environ 300 K et un minimum légèrement supérieur à 220 K. Le spectre 2, quant à lui, présente des raies d'émission, qui sont donc formées dans une stratosphère où le profil thermique croît avec l'altitude entre environ 100 K et 130 K.
Question 3)
Interpréter les pics centraux au coeur des bandes d'absorption vers 9,6 µm et 15 µm sur le spectre 1.
AideSolution
Quelles altitudes sont sondées par les ailes lointaines ? les ailes proches ? le coeur des raies ?
Il s'agit de raies formées entre une zone profonde où la température décroît avec l'altitude jusque vers 220 K, et une zone plus élevée où la température remonte jusqu'à une valeur de 260 K en moins.
Question 4)
Identifier les deux objets du système solaire en question.
AideSolution
Utilisez les réponses aux questions précendentes : température, composition, structure thermique.
Le spectre 1 a été observé dans une atmosphère comportant du CO2, de l'ozone et du méthane. La température décroît d'une surface à environ 300 K jusqu'à un minimum de 220 K (troposphère), avant de croître à nouveau jusque vers 260 K (une stratosphère). Dans le système solaire, cela correspond à la Terre (plus précisément au-dessus d'un désert tropical).
Le spectre 2 a été quant à lui observé dans une atmosphère froide (température de brillance n'excédant pas 130 K), comportant une stratosphère et de nombreux composés organiques (hydrocarbures, nitriles). Dans le système solaire, cela correspond à Titan, satellite de Saturne.
