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SOLEIL

  Pour nous, habitants de la Terre, aucun astre n'est plus important que le Soleil ; sans lui nous ne serions pas là ; sa chaleur et sa lumière entretiennent la vie sur notre planète après en avoir favorisé l'apparition.

Le Soleil est notre Étoile, très ordinaire parmi les 200 Mds de notre Galaxie, la "Voie Lactée".

1). Le Soleil dans le Ciel

 a). Apparences : C'est un disque de lumière aveuglante à dominante jaune, source de toute l’énergie actuelle (chaleur et lumière, phénomènes météo) et fossile (charbon, gaz, pétrole) reçue sur Terre ; astre majeur du Système Solaire, situé à 150 Millions de km de la Terre (1 U.A.). Pour nous le Soleil se lève à l’est et se couche à l’ouest, décrivant dans le ciel un arc (zénith à midi) qui dépend de la saison.

 - Les éclipses : Résultat, pour nous, de l’image donnée par l’alignement Terre-Lune-Soleil ; le Soleil est caché par la Lune. Elles sont totales, annulaires ou partielles ; importance de la distance orbitale Terre-Lune et du diamètre apparent de la Lune.
 -  Autres phénomènes : Halos, Arcs-en-Ciel, Lumière zodiacale…; ils sont dus aux interactions lumière-atmosphère terrestre.

 b). Réalités : - Le Soleil dans l’Univers. Une étoile très ordinaire parmi les ~ 200 Mds de notre Galaxie, la Voie Lactée ; avec ses 8 planètes et les petits corps de son système, il est situé à ~ 28 000 al du centre ; et il en fait le tour en ~ 225 M années.

            - Donc, un étoile « ordinaire » dans une galaxie « ordinaire » ; dans un Univers peuplé de milliards de galaxies très diverses.

            - Par rapport à nous, l’astre est énorme : son diamètre = 110 fois celui de la Terre, sa masse = 333 000 fois celle de la Terre.

            - Il est âgé de 4,5 Mds années et est à ~ la moitié de sa « vie ».

2). Description et Structure du Soleil.            

 - c'est sphère gazeuse organisée en couches successives depuis :

 - le cœur ~ ¼ du rayon  (25%) ; un plasma dense, à 15 M°K, lieu des réactions thermo-nucléaires, à l'origine de l’énergie émise ;

 - la zone radiative, ~ jusqu’à 70% du rayon ; les R γ, sont absorbés et réémis en X, UV et R jaunes qui donnent à l'astre sa couleur dominante ;

 - la zone convective, sous la surface ; zone de brassages verticaux en cellules de convection à  l’origine de l’aspect très « bouillonnant » que l’on voit sur le Soleil (grains de riz) et du magnétisme solaire ;

 - la photosphère, surface réelle, à 5 500 – 6 000 °K, zone visible d’où partent les rayons ;

 - l’atmosphère, en 3 couches : la chromosphère ou basse-atmosphère, couleur rose, activité magnétique intense, protubérances ; la couronne visible pendant les éclipses, sa température est de 1 à 2 M°K ;                 l' héliosphère ou "zone d'influence" jusqu’aux confins du Système solaire.

 Grossièrement c’est une :

 - Boule de gaz très chauds (plasma) qui émet de l’énergie ; composée       essentiellement d' Hydrogène (74%) et d' Hélium (24%) ;

 - cette énergie, lumière et chaleur, provient d’un cœur dense où se déroulent, à 15 M°K, des  réactions thermonucléaires (R.p-p) qui convertissent de l’Hydrogène (élément N°1) en Hélium (élément N° 2) ; 

  - réactions se font avec perte de masse (~ 4,26 M t par sec.) qui est transformée en énergie : selon la loi d'Einstein W = MC2 ;

  - il s’agit d’une énorme bombe H qui, heureusement, est en équilibre entre pression centripète de la gravité  et pression centrifuge du rayonnement produit au cœur ;

  - ce rayonnement naît sous forme de rayons gamma (γ) qui « montent » vers la surface en 100 000 à 1 Millions d' années en se transformant en   R. X, puis UV et enfin en photons à majorité jaunes qui  quittent la surface (la photosphère) pour arriver jusqu’à nous en ~ 8 minutes ; et aussi neutrinos  (υ) sans interaction avec la matière.

3). L'activité du Soleil : elle résulte des réactions du cœur et des convections sous la photosphère  dans la zone convective :

    - a). Les « granules » ou « grains de riz » : ce sont des bulles (du diamètre de la  France) qui éclatent en surface ;

    - b). Les taches et groupes de taches sont le résultat d’une intense activité magnétique dans la zone convective ; ce sont des dépressions  moins chaudes (4 500 °K), +/- sombres par effet de contraste ; situées de part et d’autre de l’équateur ; elles sont la manifestation la + visible de l’activité qui suit des cycles de maxima et de minima d’une durée de 9 à 13 ans (moyenne statistique 11,2 ans) ; cas particulier : le cycle actuel (N°24) a "démarré" en retard d'environ 2 ans ;

 - l'observation des taches a permis de découvrir  la rotation différentielle du Soleil  (25 jrs à l'équateur, 35 jrs aux pôles) ;

  - c). Des zones actives brillantes ou  facules  en évolution permanente ;

  - d). Des phénomènes éruptifs, libérations brusques d’énergie avec échauffement du plasma et  émissions intenses ( R γ, X, UV, e-, p+…) et aussi éjections de « protubérances » depuis la chromosphère  ; ces « arches » pourraient englober plusieurs fois la Terre ;

 - e). Le « Vent solaire » : flux de rayonnements (X, UV) et de particules   (e-, p) issus de la  couronne ;  émis dans l’espace interplanétaire (« l'Héliosphère ») à des vitesses variables ;

 - f). des Éjections de matière coronale (CME = coronal mass éjections) ;

- g). Par ailleurs le Soleil « vibre », l’étude de ces ondes vibratoires est, depuis quelques années, l’objet de l'héliosismologie.3

 4). L'origine du Soleil

 a). État des lieux : 1 étoile âgée de 4,6 Milliards d'années ; centre d’un  système  de 8 planètes et de petits  corps (astéroïdes,météorites, comètes, poussières et gaz…) ;

-  l’étoile concentre  ~ 99% de la matière ; sa masse impose son attraction gravitationnelle à  l’ensemble,

- les corps sont retenus à distances données (en moyenne) et ils tournent sur des orbites elliptiques dans  le même sens et dans un plan appelé Écliptique ; exceptions : les planètes naines (Pluton), comètes, astéroïdes… 

b). Une théorie sur l'origine du système :

  - dans notre Galaxie, une nébuleuse, nuage de gaz formé d'H et d'He surtout, (et d'éléments + lourds formés avant par des étoiles naines et géantes)  et de poussières qui s’effondre en « globule » vers son centre sous l’action de la gravité, probablement suite à une explosion de Super Nova voisine (onde de choc) ; l’essentiel de la masse s’accumule vers le cœur formant une « protoétoile » peu chaude qui brille faiblement dans le rouge et l’IR (stade T Tauri) ; le mouvement de rotation d’ensemble est conservé ;

 - cet « embryon de Soleil » va s’échauffer lentement en se contractant ; quand la température atteindra environ 10 Millions de °K les réactions thermonucléaires pourront s’amorcer et ce sera le début du Soleil – Étoile ; sa durée de vie dépendra de la masse d’Hydrogène disponible ;

- autour, le reste de la matière (~ 1%) s’organise en disque ;

 - des amas +/- gros se forment et grossissent en captant la matière autour par accrétion, en passant par   les stades grains, puis blocs, planétésimaux, embryons de planètes et enfin planètes et autres corps.

5). Le devenir du Soleil

 a). Durant les 5,5 Mds ans à venir : le Soleil épuise peu à peu ses réserves d’Hydrogène ; sa luminosité va augmenter suite à l’augmentation du rythme des réactions de fusion et à la lente contraction du cœur, de + en + riche en Hélium ;

 b). Au delà d’un âge de 10 Mds années : ce cœur s’échauffe et repousse les couches   superficielles ; le Soleil se dilate en Géante rouge de diamètre ~ égal à 100 fois l’actuel, qui avale Mercure et Vénus, la Terre sera alors un désert calciné repoussé sur son orbite à ~ 1,7 UA ;

 c). Après 12 Mds années d’âge : le noyau a atteint 100 M °K, un nouveau cycle de fusions s’amorce, c’est le  « flash de l’Hélium » en Carbone, puis Oxygène,… Azote, Néon… (selon la masse de départ)…Ces éléments de masse atomique moyenne sont les seuls produits, mais ce sont les éléments fondamentaux des molécules organiques et prébiotiques ;

 d). Le stade « Nébuleuse planétaire » : les couches externes sont soufflées autour  et se dilatent en anneaux colorés par les atomes présents qui vont se diluer dans l’espace ;

 e). La fin en « Naine blanche » : les restes du cœur interne de l’étoile s’effondrent en noyau extrêmement dense (diamètre voisin de la Terre) ; la Naine blanche va briller faiblement et se refroidir pendant des Mds d’années et s’éteindra définitivement en devenant une Naine Noire.

6). L’étude actuelle du Soleil

 a). Depuis le sol : observatoires spécialement dédiés au Soleil ; par ex. Kitt Peak (USA) ; en France, Observatoire du Pic du Midi, équipé d’un « coronographe », inventé par B. Lyot dans les années 30.

 b). Depuis l’espace , missions spatiales  solaires :

        NASA : 1959-1987, les Pioneer 5 à 9 ; 1970, Helios 1 ; 1973, Skylab ; 1980-1989, Solar Max ; 2001-2004, Génésis ; SORCE, 2003 en cours ; STEREO, 2006 en cours ; SDO, 2010...en cours ;

         Japon : 1991-2001, Yohkoh, cycle solaire entier ; 2006… Solar B ;

         NASA + Europe (ESA) : en 1995, SoHO mission toujours active ;

          1990-2009, Ulysses ;

          ESA : Cluster 2, 2000-2012 ; Picard, 2010… en cours.   

 7). Les effets du Soleil sur notre planète

 - les aurores boréales : action des particules électriques du vent solaire    (e-, p) qui pénètrent dans la haute atmosphère aux pôles où le champ magnétique terrestre forme des cornets-entonnoirs ; les particules interagissent avec les molécules (N2, O2…) qui sont rendues fluorescentes et forment des effets de voiles colorées et agitées par les vents ;

 - l'hydrosphère : l’attraction Soleil + Lune, est responsable des marées ;

 - le monde végétal terrestre et marin (phytoplanctons) : action essentielle,   par la « photosynthèse», la lumière absorbée par la Chlorophylle des  feuilles  conduit à la réaction photochimique qui transforme le CO2 atmosphérique + eau H2O en molécules de sucres complexes (amidon, cellulose...) qui, par la sève, forment le tissu végétal en croissance (le bois des branches, du tronc,etc…), par ailleurs de l’Oxygène est libéré ;              - symboliquement on a la réaction : CO2 + H2O + W ---> (C6H10O5)n  + O2 .

 - le climat : c'est un système d’une grande complexité, combinaison fortuite de paramètres qui conditionnent l’état physique de l’eau sur notre planète : distance Terre-Soleil, rôle de la Lune, composition chimique de l’atmosphère, état de l’océan, glaces marines et continentales, sols et biosphère, volcanisme... ; tous ces éléments sont en évolution permanente et en interactions  ;

  - Pour ce qui dépend du Soleil, se pose la question des cycles des taches +/- réguliers ; des périodes très froides (1650-1750 et début du XIXe siècle) ont correspondu à des minima d’activité ; le cycle actuel, n°24, est « en retard », suite à un cycle n°23 trop long ; peut-on en tirer des conclusions pour l'évolution de notre climat ?

    - sans entrer dans ces détails trop complexes et très discutés, on peut adopter la position de M. le professeur Edouard Bard (Collège de France, Académie des Sciences) : « Le dérèglement climatique  et le réchauffement actuel ne peuvent probablement pas être expliqués par le seul forçage solaire. Cela suggère l’influence d’autres forçages, notamment  celui des gaz à effet de serre dont les concentrations ont augmenté continûment depuis le début de l’ère industrielle.  

 

  Quelques données numériques liées au Soleil :


Diamètre à l'équateur : 1 392 000 km (109 fois celui de la Terre)

Masse : 2 milliards de milliards de tonnes ( 333 000 fois la Terre)

Température moyenne de surface : 5500°C

Densité moyenne* : 1,4 (160 au centre)

Composition globale : hydrogène (75%), hélium (24%), autres (1%)

Période de rotation : 25,4 jours à l'équateur, 36 jours aux pôles

Magnitude absolue : - 26,9

Magnitude apparente : 4,7

Distance moyenne à la Terre : 149,598 millions de km = 1 U.A.

Distance moyenne au centre de la Voie lactée : 28 000 années lumière

Période de révolution autour du centre de la Voie lactée : 225 millions d'années

* par rapport à l'eau  ** ou puissance totale rayonnée