Planétologie : Chapitre 5, le Soleil.

Le soleil appartient au « bras spiral » de la voie lactée, 30 000 années lumière du centre galactique. La sphère gazeuse de l’étoile a un diamètre de 1 400 000km (109 fois le diamètre de la Terre) ; une densité de 1,4 (1/4 de celle de la Terre) ; une masse de 2.1027 tonnes (382 946 fois celle de la Terre). Le soleil constitue 99% de la masse totale du système solaire. Sa période de rotation est de 25 jours et il est situé à 150 milliards de kilomètres (1 Unité Astronomique) de la Terre, soit, 8 minutes.

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I Structure externe : l’atmosphère solaire.

A Photosphère.

La photosphère rayonne de chaleur et de lumière et est imprécise. Elle a 400km d’épaisseur : mince. Elle n’est pas uniforme : elle comprend des granulations, des taches, des ombres de protubérances et des facules.>

1 Granulation.

Les granulations ressemblent à de la semoule en train de bouillir. Celles-ci ont un diamètre compris entre 1000 et 2000km. Ce sont des bulles de gaz ramenées en surface par des courants de convection (durée de vie de 10 à 15 minutes).

2 Les tâches.

La zone centrale est appelée « ombre ». La zone périphérique, filamenteuse, est dite « pénombre ». Ces deux structures forment un évent central d’éruption. Le diamètre des tâches peut aller de 50 000 à 320 000km. Elles créent une perturbation magnétique de la photosphère. Leur durée de vie varie de 15 jours à plusieurs mois. Elles ont une forte activité éruptive, électrique, magnétique. Elles ont aussi une apparition cyclique tous les 11, 22 et 200 ans qui influence le climat.

3 Les facules.

Les facules sont des plages claires, plus chaudes (120° de plus) : ce sont des soulèvements locaux.
Le spectre solaire continu et coloré donne une source lumineuse liquide ou pâteuse.
Schéma de la structure et du fonctionnement du soleil (sans échelle)

B La chromosphère (basse atmosphère).

La chromosphère forme un liseré rouge de 7 à 10 000km d’épaisseur. Elle est le lieu de naissance, entre 1500km et 6000km, de :
  • Spicules : jets de gaz ascendants.
  • Protubérances ou « Flammes du soleil » qui sont des jets de gaz. Ces « flammes » forment des colonnes mobiles de gaz (hydrogène) qui apparaissent comme des filaments quand ils sont projetés en plus sombres sur la photosphère.
La chromosphère a une température de 10 000K et est composée de gaz ionisés.

C La couronne. (haute atmosphère).

La couronne fait 10 000 millions de kilomètres pour 1 à 2 millions de Kelvin. Elle diffuse la lumière qui la traverse. Elle est constituée d’électrons libres, de poussières en mouvement et d’atomes de Fer et de Nickel. Elle est peu dense.

D Au-delà de l’atmosphère.

On trouve dans cette partie, les vents solaires portant des électrons, des photons et des noyaux d’hélium à une vitesse de 400km/s. On y trouve aussi des jets de gaz à haute température venant des couches externes solaires sur 200 000km de longueur. La température varie de 1 à 2 millions de Kelvin.

II Structure interne et fonctionnement.

A Le noyau.

Le noyau est le réacteur nucléaire. Sa température est de 10 à 15 millions de Kelvin et il présente des mouvements convectifs. Sa pression est énorme : 1m3 pèse 160 tonnes ! Sa composition est celle d’un plasma : 92% d’hydrogène, 7,8% d’hélium ainsi que des traces de 90 éléments cosmiques originels (O, N, C, Ni, Fe). Sa composition a été définie par spectrohéliométrie.
Le noyau consomme 600 millions de tonnes d’hydrogène par seconde et produit 200 millions de tonnes d’hélium dans le même temps : soit, un déficit de 400 millions de tonnes par seconde. Le déficit est émis sous forme de chaleur et de rayonnement (énergie).
4H → 4/2 He + 2 positrons + 2 neutrinos + 2 photons γ
Fusion de 4 atomes d’hydrogène en deux atomes d’hélium lourds : c’est la nucléosynthèse. De plus, il faut 10 millions d’années pour que l’énergie produite atteigne la surface.

B La zone radiative.

Cette zone se trouve à la limite externe où se concentrent des champs magnétiques.

C La zone externe : les cellules convectrices sont de plus en plus petites

Le problème est de savoir quelles sont les forces en présence : ici, deux forces sont opposées. On trouve :
  • Fg : force de gravitation centripète : pesanteur. Celle-ci, seule, produirait l’effondrement de la sphère sous son propre poids.
  • Fr : force de rayonnement d’énergie, centrifuge, issue du magnétisme.
Les types d’énergies produites.
  • Energie produite par rayonnement : on trouve ici la lumière visible, UV et infrarouge, les photons, les rayons X, les rayons gamma et la chaleur.
  • Energie produite par flux de particules : ce sont les vents solaires.

Conclusion : Le soleil est-il éternel ?

Sa consommation est de 400 millions de tonnes par seconde. Sa durée de vie est fonction de la quantité disponible de carburant (hydrogène).
En 1993-94, on estime que le soleil a atteint sa demi-vie, soit, cinq milliards d’années.
A la fin, le soleil donnera une géante rouge qui anéantira la Terre. Il formera ensuite une naine, puis, une nébuleuse qui pourra, plus tard, donner vie à des planètes.