Un corps noir ne reflète rien.
Un corps noir est un objet 'idéal' qui s'il existait, absorberait l'intégralité de la lumière qu'il reçoit, sans la réfléchir, ni même la transmettre. En réalité, un corps "à l'équilibre thermodynamique", c'est à dire un corps dont les propriétés ne changent pas avec le temps, peut être assimilé à un corps noir.
La qualité de noir vient de ce que tout rayonnement électromagnétique reçu est absorbé. Dans l'idéal, un corps noir ne reflète rien.
◼︎→ Mais un corps noir ne demeure pas forcément noir car sous l'effet de son agitation thermique, il peut malgré tout émettre sa propre lumière. Pour un corps noir, ce rayonnement ne dépend que de sa température ☞ plus le corps est chaud, plus il rayonne.
Température et couleur stellaire
☀️ Au sein du Soleil, il faut plusieurs centaines de milliers d'années pour que l'énergie produite lors de la fusion de deux noyaux d'hydrogène en un noyau d'hélium, soit évacuée vers la surface. Cet entre-temps est dû aux inlassables absorptions et immuables réémissions de photons. Le Soleil gloutonne ses propres photons et son spectre* a l'allure de celui d'un corps noir.
L'énergie interne d'une étoile se dissipe en se diffusant via un flot continu de lumière, lumière dont la couleur 🌈 dépend directement de la température de surface de l'étoile.
A ce titre, le Soleil met seulement huit petites minutes pour venir éclairer la Terre, et alors que son coeur brûle à 15 millions °C, sa température n'est que de 5.500 °C en surface. Le Soleil est ⚪️ même si depuis la Terre, il parait 🟡.
Une étoile 🔵 est plus chaude qu'une étoile 🔴.
Lumière émise par une étoile en fonction de sa température
* Cela n'est vrai que pour l'allure du spectre. A plus haute résolution, il apparaît clairement que se superposent à l'enveloppe du corps noir des raies en absorption. Si le spectre de corps noir ne dépend que de la température d'équilibre du corps, les raies signent quant à elles, la présence des différents éléments chimiques qui constituent l'atmosphère de l'étoile.
Température et couleur
On dispose ainsi d'un thermomètre. Dans un four métallurgique, on peut par ex mesurer l'incandescence** d'un métal grâce à sa couleur. Le fer chauffé à blanc est plus chaud que le fer porté au rouge.
Un bon métallo donnera la température du four à partir de la couleur du métal en fusion
Les chemins noirs dont je tissais la lisse avaient cette haute responsabilité de dessiner la cartographie du temps perdu. Sylvain Tesson - Sur les chemins noirs
Max Planck
♾ ⍟ En physique, au détour du 19eme et du 20eme siècle, le rayonnement du corps noir va être à l'origine d'une véritable révolution. Si on vient sonder l'intérieur d'un four ou l’intérieur d’une cavité, on constate alors un équilibre thermodynamique entre la lumière et la matière, avec comme nous l’avons vu, une émission lumineuse qui dépend directement de la température du corps, mais dont à l'époque, on ne comprend pas la forme. Pour que le spectre du rayonnement d'un corps noir soit conforme à l'observation, le physicien allemand Max Planck émet alors l'hypothèse un peu folle qu’à une fréquence donnée, le rayonnement ne peut pas contracter n'importe quelle intensité.
〰️ Pour Planck, à chaque fréquence, l’intensité du rayonnement du corps noir dépend purement et simplement de la fréquence en question. A son corps défendant et sans vraiment en maîtriser toute la portée, Planck postule en 1900 qu'à chaque fréquence est associée une "intensité minimale".
En terme énergétique, il devient alors possible de singulariser ces "briques élémentaires" - que l’on appellera plus tard photons - et de les sommer pour disposer de la quantité totale d’énergie rayonnée. Il est ainsi possible de décrire la répartition de cette énergie au sein du rayonnement d’un corps noir.
Pour une fréquence donnée, le transfert d'énergie entre matière et lumière ne peut avoir lieu qu'en échangeant un nombre entier de "briques".
C'est grâce à ce drôle de subterfuge que Max Planck parvint, sans l'expliquer pour autant, à accorder la description et l'observation du rayonnement du corps noir. Cette hypothèse un peu folle, est le catalyseur qui mènera par la suite les physiciens à lever le voile sur les secrets de la mécanique quantique.
Parizot et le rayonnement du corps noir
** Pourquoi le métal en fusion est lumineux ?
L’apport de chaleur fournit de l’énergie aux électrons, qui quittent leur orbite pour rejoindre une orbite plus haute. Cet état excité ne dure pas. L’électron 'redescend' à son orbite habituelle en se débarrassant de son énergie excédentaire sous forme de lumière.
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