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Le Soleil est une étoile
naine qui se compose de 74 % d' hydrogène,
de 25 % d' hélium
et d'une fraction d'éléments plus lourds. Le Soleil est de type
spectral G2–V. « G2 » signifie qu'il est plus
chaud (5 770 kelvins
en surface environ) et plus brillant que la moyenne, avec une
couleur jaune tirant sur le blanc. Son spectre renferme des bandes
de métaux ionisés et neutres, ainsi que de faibles bandes
d'hydrogène. Le suffixe « V » indique qu'il évolue
actuellement, comme la majorité des étoiles, sur la séquence
principale du diagramme de Hertzsprung-Russell : il
tire son énergie de réactions de fusion
nucléaire qui transforment, dans son noyau, l' hydrogène
en hélium,
et se trouve dans un état d' équilibre
hydrostatique, ne subissant ni contraction, ni dilatation
continuelles. Il existe dans notre galaxie plus de cent millions
d'étoiles de type spectral identique, ce qui fait du Soleil une
étoile somme toute assez banale. Bien qu'il soit en fait plus
brillant que 85 % des étoiles de la galaxie, qui sont en
majorité des naines
rouges.
Le Soleil gravite
autour du centre de la Voie
lactée dont il est distant d'environ 25 à 28 000 années-lumière.
Sa période de révolution galactique est d'environ 220 millions
d'années, et sa vitesse de 217 km∙s-1,
équivalent à une année-lumière tous les 1400 ans (environ),
et une unité
astronomique tous les 8 jours.
Dans cette révolution
galactique, le Soleil, comme les autres étoiles du disque, a un
mouvement oscillant autour du plan
galactique : l'orbite galactique solaire présente des
ondulations sinusoïdales perpendiculaires à son plan de révolution.
Le Soleil traverserait ce plan tous les 30 millions d'années
environ, d'un côté puis de l'autre — sens Nord-Sud
galactique, puis inversement — et s'en éloignerait au maximum
de 230 années-lumière
environ, tout en restant dans le disque galactique. La masse du
disque galactique attirant les étoiles qui auraient un plan de
révolution différent.
Le Soleil tourne
également sur lui-même, avec une période de 27 jours
terrestres environ. En réalité, n'étant pas un objet solide,
il subit une rotation
différentielle : il tourne plus rapidement à l'équateur
(25 jours) qu'aux pôles
(35 jours). Le Soleil est également en rotation autour du barycentre
du système solaire, ce dernier se situant à près d'un rayon
solaire du centre de l'étoile, en raison principalement de la
masse colossale de Jupiter (environ un millième de la masse
solaire).
PROTUBÉRANCE
SOLAIRE
Il
arrive également que le soleil expulse de manière violente de
grandes quantités d’énergie et de matière. Cela offre aux
observateurs le spectacle le plus impressionnant que peut nous
offrir notre étoile : une protubérance solaire. Les protubérances
sont des éjections de masses colossales produites lorsque le
champ magnétique de la chromosphère devient instable, elles
peuvent atteindre plusieurs centaines de milliers de kilomètres
de long. La Terre paraît alors bien dérisoire en comparaison.
Comparaison
entre la taille de la terre et celle d'une protubérance solaire
La
composition du Soleil ne se limite pas à sa surface proprement
dite. Au dessus de la photosphère, il existe une mince couche
s’appelant chromosphère (chaude de quelques 30000°), puis au
delà s’étend la couronne solaire (chaude de 1 millions de
degrés), grande de plusieurs rayons solaires. C’est ce
qu’on peut observer lors d’une éclipse totale de Soleil.
C’est en fait de grands jets de gaz chaud qui sont expulsés du
Soleil.
Mais la puissance du
Soleil ne s’arrête pas là… Son influence magnétique,
appelée héliosphère, s’étend encore plus loin que Pluton
!! C’est dire si notre astre domine son système planétaire…
En plus de sa chaleur et de sa lumière, le Soleil nous inonde
de son « vent
solaire », constitué de particules (protons et électrons)
chargés électriquement, qui voyage à la vitesse de 450 kms/s.
On peut l’observer sur Terre (essentiellement aux pôles) : ce
sont les aurores boréales … C’est également ce même vent
solaire qui engendre la chevelure des comètes qui foncent
vers le centre du système. C’est pourquoi la queue des comètes
s’étend curieusement vers l’avant de la comète lorsque celle-ci s’éloigne du Soleil ! La direction de la
chevelure est donc toujours opposée à la position du Soleil.
| Le
Vent Solaire |
Chevelure
De Comète |
Aurore
Boréale |
Comme
nous l’avons mentionné au chapitre précédent, notre Soleil
n’est pas éternel. Il est actuellement à la moitié de sa
vie, comme toutes les planètes, puisqu’elles sont tributaires
de leur étoile. Dans 5 milliards d’années, il aura consommé
tout son carburant d’hydrogène, et sa structure changera irrémédiablement.
Il sera alors obligé de se rabattre sur l’hélium qui le
constituera essentiellement et son diamètre sera littéralement
démultiplié, englobant les premières planète comme Mercure,
Vénus et probablement la Terre, qui seront ni plus ni moins
vaporisées. Seul Mars aura un sursis, mais il y règnera un véritable
enfer, puisque sa matière sera réduite à de la roche en
fusion, comme lors de sa création. Le Soleil sera alors une géante
rouge pendant ½ milliard d’années, plus froide mais plus
brillante que jamais étant donné sa taille gigantesque. Sa
masse n’étant pas suffisante, il n’y aura pas d’explosion
thermonucléaire, donc pas de supernova. Lorsqu’il aura brûlé
tout son stock d’hélium, sa matière sera alors expulsée
dans l’espace, et son noyau s’effondrera sur lui-même,
formant une naine blanche de la taille d’une planète
tellurique qui se refroidira continuellement pendant plusieurs
milliards d’années. Le Soleil sera mort.
COMPOSITION
DU SOLEIL
Bien
que le Soleil soit une étoile de taille moyenne, il représente
à lui seul plus de 99 % de la masse du système solaire.
Sa forme est presque parfaitement sphérique, avec un
aplatissement aux pôles estimé à neuf millionièmes, ce qui
signifie que son diamètre polaire est plus petit que son diamètre
équatorial de seulement dix kilomètres.
Contrairement
aux objets telluriques, le Soleil n'a pas de limite extérieure
bien définie : la densité de ses gaz chute de manière à
peu près exponentielle à mesure qu'on s'éloigne de son
centre. Par contre sa structure interne est bien définie, comme
décrite plus bas. Le rayon du Soleil est mesuré de son centre
jusqu'à la photosphère. La photosphère est la couche
en-dessous de laquelle les gaz sont assez condensés pour être
opaques et au-delà de laquelle ils deviennent transparents. La
photosphère est ainsi la plus volontiers visible à l'œil nu.
La majeure partie de la masse solaire se concentre à 0,7 rayon
du centre. La structure interne du Soleil n'est bien sûr pas
observable directement, et le Soleil lui-même étant
radio-opaque, aucun instrument visuel ne peut percer sa
composition interne. Mais de la même façon que la sismologie a
permis, par l'étude des ondes produites par les tremblements de
terre, de déterminer la structure interne de la Terre, l'
héliosismologie
utilise les pulsations solaires pour mesurer et visualiser
indirectement la structure interne du Soleil. La simulation
informatique est également utilisée comme outil théorique
pour sonder les couches les plus profondes.
LE
COEUR DU SOLEIL
On
considère que le cœur du Soleil s'étend du centre à environ
0,2 rayon
solaire. Sa densité est supérieure à 150 000 kg∙m-3
(150 fois la densité de l'eau sur Terre) et sa température
approche les 15 millions de kelvins (ce qui contraste nettement
avec la température de surface du Soleil, qui avoisine les 6 000
kelvins). C'est dans le cœur que se produisent les réactions
thermonucléaires exothermiques
(fusion nucléaire) qui transforment principalement l' hydrogène
en hélium,
mais aussi l'hélium en carbone,
le carbone en fer .
Environ
8,9×1037 protons
(noyaux d'hydrogène) sont convertis en hélium chaque seconde,
libérant l'énergie à raison de 4,26 millions de tonnes de
matière consommées par seconde, produisant 383 yottajoules
(383×1024 joules) par seconde, soit l'équivalent de
l'explosion de 9,15×1016 tonnes
de TNT.
Le taux de fusion nucléaire est proportionnel à la densité du
noyau, de façon que la fusion nucléaire au sein du cœur est
un processus auto-régulé :
toute légère augmentation du taux de fusion provoque un réchauffement
et une dilatation
du cœur qui réduit en retour le taux de fusion. Inversement,
toute diminution légère du taux de fusion refroidit et
densifie le cœur, ce qui fait revenir le niveau de fusion à
son point de départ.
Le
cœur est la seule partie du Soleil qui produise une quantité
notable de chaleur
par fusion : le reste de l'étoile tire sa chaleur
uniquement de l'énergie qui en provient. La totalité de l'énergie
qui y est produite doit traverser de nombreuses couches
successives jusqu'à la photosphère, avant de s'échapper dans
l'espace sous forme de rayonnement
solaire ou de flux
de particules.
Les
photons
de haute énergie (rayons X
et gamma)
libérés lors des réactions de fusion mettent un temps considérable
pour atteindre la surface du Soleil, ralentis par l'interaction
avec la matière et par le phénomène permanent d'absorption et
de réémission à plus basse énergie dans le manteau solaire.
On estime que le temps de transit d'un photon du cœur à la
surface se situe entre 17 000
et 50 millions d'années.
Après avoir traversé la couche de convection et atteint la photosphère,
les photons s'échappent dans l'espace, en grande partie sous
forme de lumière
visible. Chaque rayon gamma produit au centre du Soleil est
finalement transformé en plusieurs millions de photons lumineux
avant de s'échapper dans l'espace. Des neutrinos
sont également libérés par les réactions de fusion, mais
contrairement aux photons ils interagissent peu avec la matière
et sont donc libérés immédiatement. Pendant des années, le
nombre de neutrinos produits par le Soleil était mesuré plus
faible d'un tiers que la valeur théorique : c'était le problème
des neutrinos solaires, qui a été récemment résolu (en 1998)
grâce à une meilleure compréhension du phénomène d'oscillation
du neutrino
Structure
Interne Du Soleil
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