LE SOLEIL : LE GÉANT DE LUMIÈRE ET DE CHALEUR DU SYSTÈME SOLAIRE
Depuis que l’Homme a levé les yeux vers le ciel, il a toujours été fasciné par le soleil. Cet astre illumine notre journée au quotidien et nous offre parfois des spectacles déroutants. C’est une étoile ; mais connaissez-vous réellement son histoire, ses caractéristiques et son devenir ?
Le système solaire n’a aucun secret pour nous, aussi entre nos mains expertes, vous ferez un voyage inoubliable.
Le soleil est l’étoile du système solaire qu’il domine aujourd’hui comme un géant de feu et de gaz. Pourtant à sa naissance, il était loin d’une stature de dominant malgré la complexité de sa structure. Hélas, tout à une fin, et celle de ce corps céleste brillant est programmée.
A bord de notre fusée, vous découvrirai de l’astre du matin:
- Comment il s’est formé et son âge
- Ses caractéristiques et son fonctionnement
- Son activité et son impact sur le système qu’il domine
- Ses analogues dans l’univers
Le soleil semble être à son zénith, il est temps de commencer ce voyage unique au cœur de notre système planétaire.
Le soleil et son origine : une étoile à la fois jeune et vieille
Tout ce qui existe a une genèse. Celle du soleil commence il y a 4,6 milliards d’années, lorsqu’une nébuleuse s’effondre. Il en naît environ 5000 étoiles de masses variables. Après 5 millions d’années, celles vouées à disparaître, les plus massives, meurent dans de spectaculaires explosions, les supernovas.
Après encore 2 millions d’années, un nuage riche en éléments dispersés par les précédentes supernovas s’effondre, et de nouvelles étoiles se forment. Cette nouvelle génération d’étoiles comprend des étoiles supermassives (plusieurs dizaines de fois la masse solaire) dont Coatlicue. Coatlicue qui signifie « mère du soleil » est responsable environ 100.000 ans plus tard, de la formation d’une coquille de gaz et de poussière dont l’effondrement donne naissance à une troisième génération d’étoiles qui comprend le soleil. Il y a donc 4,57 milliards d’années.
La Terre met 365 jours 5 heures et 48 minutes pour faire le tour du soleil. D’ailleurs, c’est comme ça qu’on calcule notre âge ; le nombre de fois qu’on en a fait le tour depuis notre naissance. Il en va de même pour notre étoile. Elle aussi tourne autour du centre de la galaxie. Elle met environ 250 millions d’années pour faire un tour complet. Ce qui fait donc qu’en année terrestre le soleil a un peu moins de 5 milliards d’années. Ce qui veut dire que depuis sa formation le soleil n’a fait que 20 tours de la galaxie.
Les caractéristiques orbitales, physiques et la composition photosphérique du soleil
Le soleil est une naine jaune. C’est-à-dire qu’il est de taille moyenne, dans un état stable, et qu’il produit sa chaleur via fusion nucléaire. Il a une durée de vie moyenne de 10 milliards d’année. Il est la source principale en énergie lumineuse et thermique dans le système auquel il a donné son nom.
Le soleil se situe dans le bras d’Orion (lui-même situé dans la galaxie de la voie lactée). Soit à plusieurs milliards de kilomètres du centre de la galaxie. Sa température varie en fonction de ses couches, entre 5.900°C pour la plus basse, et 1.000.000°C pour la plus élevée. Autour de l’étoile gravite huit planètes, six planètes naines, des astéroïdes, des comètes et une longue bande de poussière.
C’est une boule de gaz qui représente 99,85% de la masse totale du système solaire, se composant d’hydrogène et d’hélium. L’hydrogène à lui seul représente 92% du volume. Il se compose également d’une faible quantité d’oxygène, de carbone, de fer et de néon. On y retrouve aussi des traces d’azote, de silicium, de magnésium et de soufre.
Une structure interne complexe pour un fonctionnement optimal : les secrets d’une étoile active
Le soleil, d’une forme presque sphérique se présente en plusieurs couches qui se distinguent les unes des autres. La première est le noyau, encore appelé «le cœur du soleil», qui est sa partie centrale et la plus importante. Il s’étend sur plusieurs millions de kilomètres, où il est le siège de réactions thermonucléaires (créant une température de 15.000.OOO°C). Ainsi, il constitue la principale source d’émission de chaleur et de lumière dans le soleil (99% de l’énergie solaire).
Le noyau est constitué de gaz chauds dont l’hélium constitue la majeure partie qui communiquent avec la couche suivante : la zone radiative. La zone radiative ou zone de rayonnement est de même dimension que la couche précédente. La chaleur produite par le cœur du soleil y transite et passe aux couches extérieures par simple rayonnement thermique. La température diminue et se stabilise autour de deux millions de degrés celsius.
La troisième couche est la zone de convection. Elle se distingue des deux autres zones par le fait que la matière devient moins dense et chaude. Cette dernière n’est plus transférée par rayonnement, mais par convection. La température chute encore, pour atteindre 5526 °C.
La couche la plus externe et l’atmosphère solaire
La couche du soleil visible à l’œil nu, et là où la lumière se produit est la photosphère. Elle est la partie la plus externe du soleil. Son épaisseur est de quelques centaines de kilomètres avec une température proche de 6000° C.
Au-delà de la photosphère, le soleil présente une zone appelée «atmosphère solaire», qui comprend trois zones principales. La chromosphère est la basse atmosphère du soleil, qui prolonge la photosphère en une fine couche. Il y règne une température avoisinant les 100.000° C. Elle est le siège de phénomènes comme les éruptions solaires et les jets de matière.
La deuxième zone, la couronne, se présente comme une vaste masse gazeuse, bien plus grande que le soleil lui-même. Elle s’étend sur plus de dix millions de kilomètres, avec une température de l’ordre de cinq millions de degrés Celsius. La dernière zone est l’héliosphère, une bulle gigantesque de gaz. Elle s’étend de la limite de la couronne aux confins du système solaire, pour peu que les vents solaires cessent d’agir sur les particules libérées par l’étoile.
La fusion nucléaire : l’incontournable réaction au centre de l’activité solaire
Le soleil produit l’essentiel de son énergie dans son noyau. Il y parvient grâce à la fusion nucléaire encore appelé «fusion thermonucléaire». Elle consiste à fusionner deux noyaux atomiques pour obtenir un noyau plus lourd.
Au cœur du soleil, l’hydrogène (l’élément le plus abondant de l’univers) est ainsi converti en hélium. Chaque seconde, dans le noyau, 619 millions de tonnes d’hydrogène sont convertis en 614 millions de tonnes d’hélium. La différence de tonnes, un peu moins de 5 millions de tonnes est l’énergie produite au cours du processus.
Cette énergie qui se présente sous forme de rayons X et gamma se diffuse ensuite dans le système solaire. Elle met entre 10.000 et 170.000 ans pour traverser les différentes couches de l’astre. À noter qu’un seul rayon gamma contient plusieurs centaines de millions de photons (particules lumineuses).
Champ magnétique, tâches et éruptions solaires : la dynamique d’une étoile dominante
Il est indéniable que de part sa position et ses dimensions, le soleil influence tout le système solaire. Mais mieux encore, la raison même de sa suprématie est son champ magnétique. Le soleil est une étoile magnétiquement active. Lorsque le vent solaire (un flux de particules) se libère de la gravitation, il entraîne avec lui le champ magnétique. Ce dernier est polarisé et s’inverse tous les onze ans.
Au sein de la zone de convection le transfert de chaleur est fortement atténué par le champ magnétique solaire. Il se qui crée une sorte de dépression à la surface de cette dernière couche, les tâches solaires. Bien que moins chaudes que les régions voisines, elles sont dix fois plus brillantes que la pleine lune. La plus petite fait plus de deux fois le diamètre de la Terre. Elles se répètent selon un cycle de 9 à 13 ans, avec une durée de vie moyenne de quatorze jours.
Au-delà du processus physique qui génère le champ magnétique, les éruptions solaires sont un phénomène primordial dans l’activité du soleil. Elles ont lieu à la surface de la photosphère et sont d’immenses jets de particules. Leur spectacle peut laisser sans voix. Elles durent généralement entre quelques minutes et plusieurs heures avec une périodicité fixe. Les éruptions solaires sont le fait de l’accumulation d’énergie magnétique au niveau de l’équateur du soleil.
Le système solaire et son origine : il a le même âge que le soleil
Le système solaire s’est formé il y a 4,5 milliards d’années, à partir de la nébuleuse solaire ou nébuleuse primordiale. C’est un nuage géant de gaz et de poussière dont la masse est deux à trois fois celle du soleil. Elle fait un diamètre correspondant à cent fois la distance qui sépare la Terre de l’astre solaire.
Tout d’abord, la coquille de gaz et de poussière issue du vent de l’étoile massive Coatlicue s’est effondrée. La gravité a ensuite condensé la matière en son centre, formant une protoétoile; et une sorte de disque géant. Ce disque appelé «disque protoplanétaire» a longtemps orbité autour de la jeune étoile.
Après cent millions d’années, la protoétoile fut capable d’initier des réactions thermonucléaires dans son noyau, devenant ainsi le soleil. Au cours de ce long processus la température et la pression n’ont cessé d’augmenter. C’est à peu près à la même période, que le disque protoplanétaire se condense, pour former les premières planètes.
Généralité sur le système solaire : le soleil, les planètes et les autres objets interstellaires
Le système solairese compose du soleil qui est son unique étoile. Autour de l’astre orbitent huit planètes, de nombreux astéroïdes, et d’autres objets. Les premières planètes à se former à partir des restes de la nébuleuse primordiale sont qualifiés de telluriques. Par ordre d’éloignement croissant du soleil, ce sont Mercure, Vénus, la Terre et Mars. Elles ont en effet en commun le fait d’avoir un noyau interne (métallique), une surface solide, l’absence d’anneaux et une petite taille.
A l’inverse, les quatre autres planètes sont des géantes gazeuses. Elles n’ont ni noyau interne ni surface solide. Elles possèdent des anneaux, un nombre important de satellites, et surtout, elles sont volumineuses. Ce sont : Jupiter (la plus grande par sa taille et sa masse), Saturne, Uranus et Neptune. Elles sont très éloignées du soleil.
Le système solaire se compose également d’autres objets. Plus de 600 satellites naturels gravitent autour de cinq des huit planètes (dont 105 pour Saturne) et d’autres petits corps. À ceux-là s’ajoutent des planètes naines, des planètes mineures, des comètes, des astéroïdes et des poussières cosmiques.
Le soleil et la Terre : une histoire d’amour à double face
La Terre est la seule planète du système solaire à abriter une vie intelligente. De fait, elle est la seule planète de ce système à subir significativement les effets directs de l’activité du soleil. Les éruptions solaires à travers les bulles de plasma qu’elles éjectent, peuvent provoquer des tempêtes géomagnétiques. Ces tempêtes à leur tour peuvent perturber le champ magnétique terrestre. Une telle perturbation peut agir profondément sur les transmissions radioélectriques; et ainsi empêcher les communications radios et gâter les appareils électriques.
Les radiations UV et rayons X issus de l’astre peuvent échauffer l’atmosphère extérieure, et empêcher le bon fonctionnement des satellites. Par ailleurs, les rayons durs solaires peuvent blesser les astronautes et endommager les engins spatiaux. De plus, les éruptions solaires peuvent provoquer via les particules qu’elles libèrent des surchauffes dans les transformations des postes électriques.
Cependant, il est intéressant à noter qu’en dehors des dangers qu’elle représente, l’activité solaire offre à la Terre, les aurores polaires. Les vents solaires dévient une partie des rayons cosmiques arrivant dans l’atmosphère terrestre. Il faut savoir que ces rayons peuvent provoquer des cancers, des malformations génétiques et altérer l’état des composants électriques.
Le soleil et le système solaire : une fin programmée et inévitable
A l’échelle galactique, l’activité principale du soleil sera la cause de la fin du système solaire. Le soleil produit de l’énergie par réactions thermonucléaires. Il brûle progressivement ses réserves d’hydrogène. Son cœur se contracte lentement depuis le début de son activité. Il brille actuellement plus que par le passé, et brillera davantage dans le futur. Cette augmentation de brillance est déjà perceptible sur Terre.
Au bout de 10,5 milliards d’années d’existence, l’étoile aurait converti tout l’hydrogène de son noyau en hélium. Elle subira à partir de là une dilatation sur environ un million d’années, d’abord lentement, puis rapidement, devenant une géante rouge. Son diamètre sera alors cent fois supérieur à l’actuel, et sa luminosité sera deux mille fois plus forte.
Imposant de telles valeurs aux planètes qui gravitent autour de lui, le soleil aura détruit la plupart des corps du système solaire. Sa photosphère sera au-delà de Vénus, (la Terre si elle subsiste encore, serait un désert invivable). En outre, le soleil aura perdu dans le processus un tiers de sa masse.
L’hélium, le dernier allié du soleil avant sa fin
L’hélium, sera l’un des seuls gaz encore présents sur le soleil. A la fin de la phase de géante rouge, il aura atteint les conditions nécessaires pour enclencher des réactions de fusion. L’étoile produira désormais du carbone et de l’oxygène grâce à la réaction triple alpha de l’hélium.
Bien que devenu à cette étape beaucoup moins chaud et lumineux, l’astre continuera d’émettre de la lumière, jusqu’à la fin. Sa luminosité sera d’ailleurs cinquante fois celle actuelle, pour un diamètre de dix millions de kilomètres. Cette phase de sous-géante durera environ cent millions d’années.
La matière de ses couches externes se détachera alors, et se répandra dans l’espace. Elle donnera plus tard naissance à une nébuleuse planétaire qui formera des étoiles. Le cœur du soleil finira par s’effondrer sur lui-même, pour former une naine rouge extrêmement chaude. En résumé, la dernière étape de vie de l’ex-géant de la voie lactée est une naine noire, un corps froid et n’émettant aucune lumière.
Étoiles de types solaires : les quasi-jumelles du soleil
Le soleil est unique pour le système solaire; mais pas dans l’univers. Il en existe au moins dix de même type. Une étoile de type solaire est une étoile analogue au soleil. Elle présente des caractéristiques semblables à notre astre.
Le même type spectral et la même température, période de rotation, et masse font d’une étoile la jumelle du soleil. Elle peut être une naine jaune, blanche, orange ou bleue. Cependant le soleil semble moins actif que ses analogues.
L’étoile considérée comme étant la meilleure jumelle du soleil est HD 186302 identifiées dans la constellation du Paon. Elle a été détrônée par HIP 56948 située dans la constellation du dragon, qui présentait bien moins de différences. Beta Canum Venaticorum, 18 Scorpii et HD 164595 sont également des analogues solaires.
Que retenir de ce voyage au cœur même de notre étoile ?
Notre rayonnement s’éteindra certainement avant celui du soleil, mais avant, nous aurions éclairci vos zones d’ombre. Le Nôtre rayonnement s’éteindra certainement avant celui du soleil, mais avant, nous aurions éclaircis vos zones d’ombre. Le soleil est une étoile, l’unique du système solaire qu’il domine comme un géant de feu. Bien que très âgé, notre astre est relativement jeune à l’échelle galactique. Ses caractéristiques internes et externes le rendent incontournable dans le devenir du système planétaire auquel il a donné son nom. Son activité constante sera hélas bien malgré les avantages qu’il procure à la Terre, la cause directe de sa destruction. Par ailleurs, il existe dans l’univers, d’autres étoiles comparables.
