Pourquoi toutes les raies ne se déplacent-elles pas, seulement certaines ?

En réalité, toutes les raies d’une même étoile se déplacent de la même quantité relative Δλ/λ. Ici c’est tout le dessin qui glisse. L’impression que « seules quelques raies ont bougé » vient en général de la comparaison d’éléments différents ou de détails du spectre qui se fondent.

Tout mouvement d’une étoile se voit-il par effet Doppler ?

Non, seulement la composante le long de la ligne de visée — la vitesse radiale. Un mouvement transversal ne donne pas de décalage Doppler ; on le mesure autrement (mouvement propre, parallaxe).

Quand l’approximation Δλ/λ ≈ v/c cesse-t-elle de valoir ?

Lorsque la vitesse est une fraction notable de c. Il faut alors la formule relativiste. Pour les systèmes planétaires et les étoiles proches, l’approximation linéaire suffit.

D’où connaît-on la longueur d’onde « de départ » ?

Des spectres de laboratoire : chaque élément a son jeu de raies. En comparant la longueur d’onde observée à celle du laboratoire, on obtient Δλ, donc la vitesse.

Raies spectrales et effet Doppler

Les raies d’absorption sur le continuum se déplacent avec la vitesse radiale (Δλ/λ ≈ v/c).

À propos du modèle

Les raies spectrales d’absorption sur le continuum se déplacent par effet Doppler si la source se déplace le long de la ligne de visée. À l’éloignement, les longueurs d’onde croissent (décalage vers le rouge) ; à l’approche, elles diminuent (décalage vers le bleu). Formule non relativiste pour la lumière : Δλ/λ₀ ≈ v/c, où λ₀ est la longueur d’onde de laboratoire, v la vitesse radiale (positive à l’éloignement), c la vitesse de la lumière. C’est le décalage relatif Δλ/λ qui compte, non le Δλ absolu. Les raies sont nettes, le continuum lisse ; l’élargissement par pression, rotation et turbulence n’est pas pris en compte. L’approximation vaut pour v ≪ c — étoiles proches et systèmes planétaires, pas les jets relativistes ni le décalage vers le rouge cosmologique des galaxies lointaines.

Public : Terminale et début de licence : effet Doppler, spectres stellaires, vitesse radiale.

Notions clés

effet Doppler
décalage vers le rouge
décalage vers le bleu
vitesse radiale
spectre d’absorption
raie spectrale
longueur d’onde au repos

Comment ça marche

Une étoile ou une galaxie qui s’éloigne étire les longueurs d’onde vers le rouge ; un mouvement vers nous les comprime (décalage vers le bleu). Les astronomes mesurent de tout petits décalages de raies spectrales connues pour obtenir les vitesses radiales et, en cosmologie, les décalages vers le rouge.

Questions fréquentes

Pourquoi toutes les raies ne se déplacent-elles pas, seulement certaines ?: En réalité, toutes les raies d’une même étoile se déplacent de la même quantité relative Δλ/λ. Ici c’est tout le dessin qui glisse. L’impression que « seules quelques raies ont bougé » vient en général de la comparaison d’éléments différents ou de détails du spectre qui se fondent.
Tout mouvement d’une étoile se voit-il par effet Doppler ?: Non, seulement la composante le long de la ligne de visée — la vitesse radiale. Un mouvement transversal ne donne pas de décalage Doppler ; on le mesure autrement (mouvement propre, parallaxe).
Quand l’approximation Δλ/λ ≈ v/c cesse-t-elle de valoir ?: Lorsque la vitesse est une fraction notable de c. Il faut alors la formule relativiste. Pour les systèmes planétaires et les étoiles proches, l’approximation linéaire suffit.
D’où connaît-on la longueur d’onde « de départ » ?: Des spectres de laboratoire : chaque élément a son jeu de raies. En comparant la longueur d’onde observée à celle du laboratoire, on obtient Δλ, donc la vitesse.

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