LE SOLEIL : petite histoire au coin du feu

Dernière mise à jour : 1 mars 2021


Que Serions-nous sans le Soleil? ... Probablement pas grand-chose ou peut-être autre chose. ​Chaque jour, il inonde la Terre de sa lumière et de sa chaleur. Il rythme les vies de tout ce qui la peuple, et que l'on soit un ours polaire ou la feuille d'un olivier, il est agréable de savourer la chaleur de ses rayons (lorsque le temps est clément). Mais qui est cette grande boule de feu ? De quoi est-elle faite ?

Si vous ne le saviez pas encore, le Soleil est une étoile, c’est THE ÉTOILE de notre système solaire (sacré pléonasme !). La première chose que l’on peut dire à propos du Soleil c’est qu’il est chaud, très très chaud. La deuxième, c’est qu’il est gros, très très gros, même s'il n'en a pas l'air, vu d’ici. Et il est bien d’autres choses encore. ​ Depuis des millénaires, les astronomes, physiciens et astrophysiciens se sont lancés à corps perdu dans la recherche de l'infiniment grand et de l'infiniment petit, afin de comprendre cette gigantesque boule de mystère.

​ Voici ce qu'on a découvert depuis, et ce qu'on sait aujourd'hui.




LE SOLEIL, UN GUERRIER SANS REPOS

Le Soleil est une étoile quelconque dans cette vaste étendue d’étoiles, mais pour nous, il est spécial. C’est notre chouchou. On l’aime. Il naît il y a 4,5 milliards d’années de l’effondrement d’un nuage de gaz et de poussière (pour la baby shower on repassera). La matière présente dans ce nuage, principalement constitué d’atomes d’hydrogène, est attirée par la gravité. Elle se condense et entre en rotation.

Naissance d'une étoile
© Birth of a star / The New York Times

Le nuage de gaz est tellement comprimé que la température augmente à une vitesse vertigineuse. En son centre, c’est une véritable fournaise. Il y fait 15 millions de degrés. Avec une si grande pression et une si grande température, les atomes d’hydrogène ne peuvent tout simplement pas demeurer dans leur forme originelle : ils fusionnent (ça doit être vraiment galère, les cérémonies de mariage).



© Nuclear fusion/ BentSpoon

Les atomes d’hydrogènes ne résistent pas à la pression et à la chaleur qui règnent au cœur du soleil. Les électrons sont arrachés et les noyaux restent « nus », prêts à fusionner. Agités dans tous les sens, ils vont entrer en collision. Et lorsque 4 noyaux d’hydrogène se rencontrent, ils fusionnent pour former un noyau dHélium.

Cependant, lorsque l’on compare la masse de 4 atomes d’hydrogène à celle d’un atome d’hélium, elles diffèrent. L’atome d’hélium est plus léger. ​

Mais où est donc passée le reste de cette masse ? C’est très « simple ». Cette perte de masse produit une grande quantité d’énergie. J’ai fait de mon mieux pour ne pas vous spoiler, mais on arrive au point Godwin de la physique : l’inévitable équation d’Einstein.


Cette relation entre masse et énergie s’exprime sous la forme E=mc². Je reviendrai plus tard sur ce qu’implique réellement cette Rolls Royce des équations de la physique, mais pour l’instant ce qu’il faut savoir, c’est que cette énergie émise par la fusion des atomes d’hydrogène se manifeste sous forme de lumière. C’est pour ça que le Soleil brille.



LES RAYONS DU SOLEIL : JE T'AIME, MOI NON PLUS


Le spectre électromagnétique/ © UC Davis ChemWiki,CC-BY-NC-SA 3.0

Les rayons émis par le Soleil ne sont pas tous visibles. Au bout du spectre électromagnétique on trouve les rayons X et les rayons gamma, les plus dangereux, qui sont stoppés par l’atmosphère terrestre (et heureusement ! car on aurait peu de chances de se transformer en Hulk).


Il y a aussi les rayons ultraviolets, tout aussi invisibles à l’œil nu, dont certains sont totalement absorbés par l’atmosphère (UVC), tandis que d’autres le sont partiellement (UVA et UVB). Puis vient la lumière visible qui s’étend du violet au rouge. Et ne mentez pas ! C’est toujours génial de voir un arc-en-ciel ! ​On retourne dans l’invisible avec les infrarouges, qui sont responsables de la sensation de chaleur, les micro-ondes (je sais que vous avez faim, mais finissez de lire l’article d’abord), et enfin, les ondes radio (pas de musique depuis le Soleil, mais on a remédié à ça sur Terre). ​

Il faut dire aussi que le voyage n’est pas simple. Les photons doivent traverser plusieurs couches pour atteindre la surface.


© Acegif

LA MARCHE DES PHOTONS

​Si je vous demande combien de temps met la lumière du Soleil à atteindre la Terre, vous répondrez sûrement 8 minutes. Et vous aurez raison… mais pas tout à fait. 8 minutes, c’est le temps qu'il faut à la lumière pour nous parvenir, depuis la surface du soleil. Mais depuis son centre, c’est un périple que même Thelma et Louise jalousent ! ​

Structure du Soleil/ © Kelvinsong, Wikipédia, CC by-sa 3.0.jpg

Le Soleil mesure environ 1,4 millions de km de diamètre et consomme 4 millions de tonnes d’hydrogène chaque seconde.

Les photons créés au cœur du soleil mettent entre 17 000 et 50 millions d’années à atteindre la surface. Sacrée surprise ! Si l’on réfléchit bien à cet énoncé, ça signifie que la lumière que vous êtes en train de voir, a été créée il y a au moins 17 000 ans (j’ai l’impression d’être un têtard devant ces échelles de temps, pas vous ?). Les photons démarrent du noyau. Ils passent ensuite par la zone radiative constituée de gaz avec lesquels les photons entrent en collision. Ceux qui ont réussi à traverser la zone radiative se retrouvent dans la zone convective, qui comme son nom l’indique va transporter l’énergie vers l’étape suivante : la photosphère. ​ ​ La photosphère est la première couche de l’atmosphère solaire. C’est aussi celle que l’on peut voir à l’œil nu . Mais, conseil d'amie, NE REGARDEZ JAMAIS LE SOLEIL DIRECTEMENT ! que ce soit avec vos yeux ou avec un télescope. Vous en perdriez vos rétines. Vraiment ! C’est dans la photosphère que l’on retrouve les fameuses tâches solaires, des zones de champs magnétiques très intenses. Elles apparaissent sombres parce qu’elles sont plus froides que leurs environs. On y trouve aussi les granules, qui sont un réseau formé par le mouvement des gaz.


Granulation Solaire en HD / © NSO, NSF, AURA, Inouye Solar Telescope


Respirez un coup, on a bientôt fini. Après avoir attient la photosphère, les photons "sautillent" jusqu’à la chromosphère. Quasiment transparente, du fait de sa faible épaisseur (quelques milliers de kilomètres), elle a la particularité d’abriter des spicules (sortes de longs pics verticaux), qui sont des gaz éjectés vers l’extérieur du soleil.


© NASA’s Goddard Space Flight Center/Joy Ng, producer

Chromosphère - Eclipse de 1999 / © Luc Viatour



Il est aussi possible de voir la chromosphère lors d’une éclipse solaire. C’est un anneau rougeâtre qui entoure la lune.







Le clou du spectacle ! Entre en scène sa majesté la Couronne. Atmosphère extérieure du Soleil, la couronne est constituée de plasma et s’étend jusque dans l’espace interplanétaire. Elle est peu dense et pourtant sa température atteint 2 millions de kelvin alors que la surface est à 6000°K. Pourquoi ? Comment ? Ces questions n’ont pas encore trouvé de réponses. ​ MAIS ! Mais, Mais, la Parker Solar Probe, envoyée en août 2018, pour étudier le Soleil, a transmis des données que les physiciens analysent, et les résultats sont déjà très prometteurs. ​ Tout ce que vous venez de lire et qui vous a sûrement essoufflé, c’est pour comprendre que le Soleil n'a pas la vie facile. Cette chaleur et cette lumière qu'on reçoit, résulte d'un long et fastidieux combat : des collisions, des retours en arrière, des déviations et des rotations à n’en plus finir. Si vous n'avez pas encore écouté l'épisode du podcast consacré au Soleil, je vous invite à le faire ici.

Et si vous cherchez des réponses à des questions que vous ne vous êtes jamais posé, Pourquoi Qu'est-ce Donc ? vous éclaire en deux minutes chrono.


Levez les yeux, les étoiles n'attendent que vous 😉