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24 mars 2018 6 24 /03 /mars /2018 18:42
DE L'ASTRONOMIE : le Soleil, une étoile ordinaire

 

 

   Notre étoile est une naine jaune de type G2-V, G2 signifiant qu’elle est un peu plus chaude que la moyenne des étoiles de sa catégorie tandis que V (prononcer cinq) veut simplement dire que le Soleil se situe au centre de la séquence principale du diagramme de

diagramme HR : le Soleil au milieu de la ligne médiane

Hertzsprung-Russell (HR) qui répertorie la vie des étoiles. Fondu dans la masse des astres sans histoires, le Soleil, est donc en équilibre, bien tranquille en somme et à peu près à la moitié de sa vie. C’est une étoile relativement ordinaire puisque, dans la Voie lactée, les naines jaunes

comme elle sont près de dix milliards, à rapporter il est vrai à un total d’environ 150 milliards d’étoiles dont l’immense majorité est représentée par des naines rouges, des étoiles plus petites et moins chaudes que notre Soleil.

 

   Le Soleil est une étoile de 1 392 000 km de diamètre (109 fois le diamètre de la Terre) représentant 99,584 % de la masse du système solaire et, lorsqu’on le regarde à l’horizon terrestre, sa lumière qui parvient jusqu’à nous a voyagé durant 8 minutes et 19 secondes. Toutefois, si notre Soleil semble bien briller d’un beau jaune, plus ou moins orangé par moments, c’est essentiellement dû à la présence de l’atmosphère terrestre car, de l’espace, il apparaît d’un blanc tirant sur le vert et c’est bien ainsi que l’ont vu les astronautes des différentes missions spatiales.

 

   Le Soleil est une étoile parmi d’autres mais qui présente pour nous une propriété extraordinaire : c’est la seule dont nous soyons certains qu’une des planètes qui tourne autour d’elle renferme la Vie.

 

 

 

Le Soleil dans la Galaxie

 

   Le Soleil est un astre appartenant à une grande galaxie spirale barrée, la Voie lactée, dont on estime qu’elle abrite environ 150 milliards d’étoiles. Il existe des milliards de galaxies renfermant chacune des centaines de milliards d’étoiles : notre Soleil est l’une d’entre elles et c’est dire l’insignifiance de notre présence en ce bas-monde. Pour bien saisir cette existence infinitésimale, on dit parfois qu’il y a autant d’étoiles dans l’univers que de grains de sable à la surface de la Terre, le Soleil étant un seul de ces grains de sable…

 

   Dans la Voie lactée, il est situé approximativement vers les

le Soleil est dans la banlieue de la Galaxie

2/3externes de l’ensemble, c’est-à-dire à environ 25 000 années-lumière du centre galactique occupé par un monstre pour l’instant en sommeil relatif, le trou noir baptisé Sagittarius A. Notre galaxie (qu’on appelle également la Galaxie, avec un G majuscule) étant du genre spirale, elle est dotée de quatre bras et c’est sur le bord intérieur de l’un d’entre eux, le bras d’Orion, que se trouve notre Soleil.

 

   Dans notre inconscient collectif, depuis que l’astronomie a pu s’affranchir des obscurantismes du passé, on sait que la Terre et les autres planètes tournent autour du Soleil qu’on imagine volontiers immobile : il s’agit là d’une erreur flagrante. Comme toutes les étoiles de toutes les galaxies, le Soleil est animé d’un mouvement propre qui le maintient en équilibre relatif avec les autres objets de son entourage. En réalité, le Soleil (et son système planétaire) se déplace à la vitesse de 217 km/sec (soit une année-lumière chaque 1400 ans) en un immense parcours circulaire autour du centre de la Voie lactée, un périple qui l’amène à en faire un tour complet en environ 226 millions d’années : depuis qu’elle existe, notre étoile a fait 18 fois le tour de la Galaxie…

 

   De la même manière, l’environnement proche du Soleil change lentement, les différentes étoiles se déplaçant les unes par rapport aux autres : par exemple, la naine rouge Proxima du Centaure qui est actuellement l’étoile la plus proche du Soleil puisqu’elle est située à 4,23 années-lumière de lui, ne le sera plus dans 33 000 ans, alors remplacée par une autre naine rouge, Ross 248.

Voir aussi :   la Voie lactée

                    les galaxies

                                  

Activité solaire

 

   Puisque le Soleil est une étoile, son activité consiste essentiellement à transformer de l’hydrogène en hélium et cette activité est gigantesque : chaque seconde, dans son cœur, notre étoile transforme 564 millions de tonne d’hydrogène en 560 millions de tonnes d’hélium ce qui lui fait perdre 4 millions de tonnes d’hydrogène dans l’opération. Chaque seconde  ! En fait, en une seconde le Soleil dégage plus d’énergie que toutes les civilisations humaines depuis leur apparition. Et cela dure depuis 4,57 milliards d’années et durera encore au moins aussi longtemps. C’est la raison pour laquelle, comme on l’a déjà dit, le Soleil se trouve sur la bande médiane du diagramme HR comme toutes les étoiles qui vivent tranquillement leur vie. Pour l’instant, il est composé de 74% d’hydrogène et de 24% d’hélium ce qui lui laisse de la marge (le reste de matière - oxygène, carbone, fer, etc. - est négligeable). Mais, bien entendu, ici-bas tout a une fin et lorsqu’elle aura épuisé ses réserves d’hydrogène, il faudra bien que notre étoile trouve le moyen de continuer à exister, du moins pour quelque temps supplémentaire : c’est ce que nous verrons un peu plus loin.

 

   À l’inverse d’une planète tellurique comme la Terre, le Soleil ne

structure du Soleil

présente pas de limites bien définies et la densité de ses gaz chute de manière progressive à mesure que l'on s'éloigne de son centre. Toutefois sa structure globale est assez bien comprise. On lui décrit :

 

* un noyau central dans lequel se font les réactions nucléaires, c’est-à-dire la fusion des atomes d’hydrogène pour aboutir aux atomes d’hélium. Inutile de préciser que les chiffres à cet endroit sont inimaginables : 15 millions de degrés pour la température (contre 5800 K en surface) et 340 milliards de fois la pression terrestre  !

 

* une zone radiative : c’est une région de gaz denses où les rayons gamma provenant de la fusion centrale sont réémis sous la forme de rayons X et ultra-violets dont les particules lumineuses, les photons, mettent un temps considérable pour traverser les différentes strates solaires avant d’arriver en surface (les scientifiques avancent les chiffres de 10 000 à 170 000 ans). Une fois atteinte la photosphère, ces photons s’échappent principalement sous forme de lumière ;

 

* une zone convective où l’énergie centrale est transmise à la surface par convection (mouvements verticaux de va-et-vient selon les différences de température) : l’énergie est conduite en surface par les gaz qui « replongent » lorsqu’ils la perdent ;

 

* la photosphère (160 km d’épaisseur) d’où part l’émission d’énergie qui atteint les planètes et

 

* la chromosphère, couche semi-transparente où se forment les protubérances, ces colonnes de feu qui jaillissent sur plusieurs centaines de km de hauteur ;

 

* la couronne solaire, enfin, qui est en quelque sorte la « chevelure » de l’atmosphère solaire.

 

   Nous venons de décrire (très) succinctement la structure du Soleil mais il serait bien entendu absurde de penser que son activité s’arrête là. Car, au-delà de la couronne qui s’évanouit peu à peu, commence ce que l’on appelle l’héliosphère qui, comme son nom l’indique est une immense bulle entourant notre étoile (et ses planètes). Cette héliosphère s’étend jusqu’aux confins du système, parcourue par les vents solaires (flux de plasma éjecté de la haute atmosphère solaire). On appelle alors héliopause l’endroit où ces vents solaires sont finalement neutralisés par le milieu interstellaire, l’endroit, en somme, où l’on sort de la zone d’influence de notre étoile pour entrer véritablement dans l’espace galactique proprement dit. C’est l’exploit qui a été réalisé il y a quelques mois par la sonde spatiale Voyager 1, premier et jusqu’à présent seul objet de fabrication humaine à être allé aussi loin : après un voyage de plus de quarante ans, le petit engin reste malgré tout toujours alerte et réactif aux ordres de sa base de lancement…

Voir aussi :   Les sondes spatiales Voyager

                       

 

Les cycles du Soleil

 

   Les mouvements du Soleil ne concernent pas uniquement ses déplacements au sein de la Galaxie puisqu’il est également animé d’une rotation sur lui-même en environ 27 jours (25 à son équateur, 35 aux pôles). En fait, le Soleil est une boule de plasma et de gaz ce qui explique que cette rotation ne soit pas homogène sans que les scientifiques n’aient réellement compris les mécanismes en action. Quoi qu’il en soit, le Soleil génère un intense champ magnétique dont les effets se font sentir dans toute sa zone d’influence, notamment sur notre planète (aurores boréales notamment).

 

   Il existe bien un cycle solaire, c’est-à-dire une alternance d’activité maximale et minimale de notre étoile. Le phénomène est connu depuis longtemps et a été décrit pour la première fois par un astronome allemand, Heinrich Schwabe en 1843. Ce cycle est d’environ 11 ans (mais il est parfois irrégulier variant de 8 à 15 ans) et il faut bien reconnaître qu’aucune explication parfaite n’a jusqu’ici été proposée pour l’expliquer.

 

   De la même façon, le Soleil présente des taches sombres variables et intermittentes, un phénomène connu depuis la plus haute antiquité

taches solaires

puisque déjà remarqué par les astronomes grecs et chinois. Toutefois, c’est à Galilée que revient le fait d’avoir pu les observer en détail en 1612 grâce sa lunette astronomique. Cet aspect plus sombre d’une partie de l’étoile est en rapport avec un refroidissement (relatif) dont la cause semble être une inhibition de la convection (cf supra) à la suite d’une augmentation locale du champ magnétique. En fait, une tache solaire est une espèce d’immense tourbillon (certaines taches sont grandes comme des dizaines de Terre) où le gaz situé à la surface du Soleil plonge vers l’intérieur à des vitesses de plusieurs milliers de km à l’heure.

 

   Depuis que l’on étudie ce phénomène, nous nous trouvons dans le 24ème cycle solaire. La fin du 23ème cycle s’est produite en 2008 mais la reprise et le début du 24ème cycle se sont fait attendre jusqu’en 2013 sans que l’on ait de franches explications sur le sujet : on trouvera un article plus complet ICI. Ce que l’on peut dire toutefois, c’est qu’un tel phénomène - déjà connu par le passé - entraînera peut-être une baisse durable de l’activité solaire ce qui pourrait conduire à un refroidissement général à la surface de notre planète (compensé - mais jusqu’à quel point ? - par l’éventuel réchauffement climatique tant discuté de nos jours).

Voir aussi :   l’énigme des taches solaires

 

 

 

Le Soleil, une naissance assez classique…

 

   La Voie lactée est âgée d’environ 13 milliards d’années ce qui en fait, en réalité, une contemporaine des presque débuts (l’âge de l’Univers étant estimé à 13,7 milliards d’années) mais, bien entendu, le Soleil s’est formé bien plus tard, à peu près vers les 2/3 de l’âge de la Galaxie. Longtemps, les astronomes ont pensé que cette création était en rapport avec l’explosion locale d’une supernova, une théorie aujourd’hui abandonnée.

 

  L’hypothèse la plus vraisemblable est celle, il y a 4,5 milliards d’années de la présence d’une immense nébuleuse, c’est-à-dire un vaste ensemble de gaz et de matière s’étendant sur des dizaines d’années-

vue d'artiste de la naissance du Soleil

lumière. Sous l’effet de la gravitation, un nuage froid d’hydrogène et d’hélium se met à tourner de plus en plus vite sur lui-même. Le nuage s’aplatit progressivement tandis que sa température s’élève de façon vertigineuse et que, au centre, une zone ultra-compacte commence à délimiter les contours d’une proto-étoile. De la matière vient s’agréger à l’ensemble et lorsque la température atteint les 15 millions de degrés, les réactions thermonucléaires s’enclenchent avec l’amorce de la fusion de l’hydrogène : le Soleil vient de naître. Il ne nait d’ailleurs certainement pas seul puisque, la plupart du temps, de tels phénomènes engendrent l’apparition d’une poignée d’étoiles, le plus souvent quelques dizaines. Toutefois, nous évoquons un passé très ancien et, avec le temps et les mouvements stellaires relatifs, ces étoiles-sœurs se sont éloignées les unes des autres, certaines d’ailleurs étant déjà mortes. Aujourd’hui, il est impossible de savoir quelles étoiles faisaient alors partie de la pouponnière de notre astre du jour.

 

   On peut estimer la naissance du Soleil comme assez rapide (en termes astronomiques) puisqu’elle aura duré approximativement cinquante millions d’années, à comparer aux 12 milliards d’années que la nouvelle étoile a devant elle. Dont environ 10 milliards passés comme on l’a déjà signalé bien au calme sur la séquence principale du diagramme HR. Aujourd’hui, notre étoile se trouve en quelque sorte presque au milieu de sa vie ce qui signifie que, lorsque tout commencera à aller mal pour elle (dans 6 à 7 milliards d’années), les Hommes auront depuis longtemps, très longtemps, disparu. Mais cela ne nous empêche pas de savoir à l’avance comment tout finira pour notre Soleil puisque les astres de sa catégorie, les naines jaunes, sont connus depuis longtemps.

Voir aussi :   la Terre, centre du Monde

                    origine du système solaire

 

 

… mais  une mort plutôt singulière

 

     Toutes les étoiles ne sont pas égales face à leur mort : celle-ci dépend de leur taille, nous avons déjà eu l’occasion de l’évoquer ICI. Loin de la disparition apocalyptique des étoiles de plus de huit masses solaires qui terminent en supernovas, le Soleil quant à lui va passer par plusieurs stades successifs, assez bien documentés aujourd’hui par l’étude attentive de la disparition d’autres naines jaunes.

 

*  Signalons tout d’abord que, au cours de sa vie et au fur et à mesure que le Soleil perd son hydrogène au profit de l’hélium qu’il fabrique, sa luminosité et sa chaleur augmentent lentement, tant et si bien que dans un milliard d’années la Terre sera devenue pratiquement inhabitable : il sera alors temps - si l’humanité existe encore (ce dont je doute fortement) - de songer à émigrer peut-être sur une des lunes des géantes gazeuses. Encore deux milliards d’années et la chaleur du Soleil fera s’évaporer les océans terrestres, la Terre ne sera alors plus qu’une planète-désert calcinée. Toutefois, la véritable catastrophe reste encore à venir ;

 

* dans 4 milliards d’années, lorsque le Soleil aura environ le double de son âge actuel, notre étoile aura définitivement épuisé ses réserves d’hydrogène et son cœur ne sera plus composé que d’hélium et d’éléments plus lourds. C’est à ce stade, un stade où il ne pourra plus produire d’énergie, qu’il quittera la séquence principale du diagramme HR, son cœur commençant spontanément à se contracter tandis que, pour garder son équilibre, son diamètre et sa luminosité vont doubler ;

 

* dans 6 milliards d’années, les couches solaires superficielles seront

progressivement repoussées avec pour conséquence une dilatation lente durant 500 millions d’années puis plus rapide les 500 millions d’années suivants : d’un diamètre 100 fois plus grand que l’actuel et 2000 fois plus lumineux, le Soleil sera devenu une géante rouge qui englobera jusqu’à l’orbite de Vénus et durera encore un milliard d’années ;

 

* puis, la couronne externe du cœur de l’étoile va contracter l’hélium et initier sa réaction de fusion pour le transformer en carbone et en oxygène : il s’agira d’une réaction brutale appelée « le flash de l’hélium » dont la conséquence sera la diminution du volume et de la luminosité de l’étoile qui deviendra alors une sous-géante rouge

 

* …qui va, lorsque tout l’hélium central aura été définitivement transformé, retrouver à nouveau son état de géante rouge durant une vingtaine de millions d’années supplémentaires. N’étant pas assez massif pour suffisamment comprimer son cœur de carbone, ses couches externes seront peu à peu dispersées dans l’espace pour donner ce que l’on appelle classiquement une « nébuleuse planétaire », terme toujours usité mais datant des débuts de l’astronomie moderne lorsqu’on croyait ces images en rapport avec des planètes. Cette nébuleuse planétaire sera composée d’hélium, de restes d’hydrogène ayant échappé aux fusions successives et d’un peu de carbone : ce nuage très chaud (10 000 K) pourra participer à la naissance de nouvelles étoiles, comme quoi, dans la Nature, de la mort souvent nait la vie…

 

* et le noyau dans tout ça ? Composé de carbone mais n’ayant plus de

naine blanche et sa nébuleuse planétaire

carburant à consommer pour s’opposer aux forces gravitationnelles, le cœur va s’effondrer sur lui-même pour former une naine blanche, c’est-à-dire un astre de la taille de la Terre mais composé d’une matière dégénérée si dense qu’un grain de poussière y pèsera plus que toute la tour Eiffel. Au début, la naine blanche sera très brillante en raison de la chaleur emmagasinée puis elle se refroidira progressivement durant plusieurs milliards d’années avant de ne plus être qu’un cadavre n’émettant plus aucune lumière, une naine noire.

Voir aussi :   mort d’une étoile

                    la mort du système solaire

 

 

Le Soleil, une étoile très particulière

 

   Évidemment, quand on y réfléchit, dans l’immensité - peut-être l’infini - de l’espace, notre Soleil et son cortège de planètes, ce n’est pas grand-chose. D’abord, parce que des étoiles du même type, il en existe des milliards, probablement des milliards de milliards. Ensuite, parce que le Soleil, étoile moyenne, est totalement « noyé » dans l’immensité de la Voie lactée et ses 200 milliards d’étoiles. Enfin parce que la Voie lactée elle-même est insignifiante comparée aux milliards d’autres galaxies de l’univers visible.

 

   Pourtant, à nos yeux, le Soleil représente une étoile très spéciale… puisque c’est la nôtre. À notre connaissance, elle seule, abrite la Vie avec certitude. Bien sûr, statistiquement, cette vie, sous une forme ou sous une autre, existe forcément quelque part, ailleurs. Mais, pour le moment, nous ne pouvons pas  l’affirmer avec certitude. Et puisqu’il est si proche de nous, le Soleil a été l’étoile qui nous a permis de comprendre plus facilement les autres étoiles, celles qui lui ressemblent, évidemment, mais aussi les autres, observées et comparées à lui. Nous lui devons donc, outre la vie, une certaine approche de l’univers qui nous entoure.

 

   Pour l’espèce humaine, le Soleil est une étoile ambivalente : tout à fait ordinaire d’un certain point de vue, mais totalement exceptionnelle de l’autre. C’est en cela qu’il est si précieux.

 

 

 

 

Sources

 

* wikipedia France

* encyclopaediae britannica

* astronoo.com  

* revue Ciel et Espace

 

 

 

Images

 

1. coucher de soleil (sources : fond-d-ecran-gratuit.org)  

 

2. diagramme de Hirtzprung-Russel (sources : astronomie.savoir.fr)


3. place du Soleil dans la Galaxie (sources : cuk.ch)

 

4. structure du Soleil (sources : univers-astronomie.fr)

 

5. taches solaires (sources : journaldunet.com)

 

6. naissance du Soleil (sources : images.4ever.eu)

 

7. Soleil, géante rouge (sources : jmmasuy.net)

 

8. naine blanche et sa nébuleuse planétaire (sources : techno-science-net)

 

 

Mots-clés : naine jaune - Proxima du Centaure - planète tellurique - supernovas

 

 

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Mise à jour : 18 novembre 2019

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commentaires

shana lilie 11/04/2018 18:55

Beau blog. un plaisir de venir flâner sur vos pages. une belle découverte. un blog très intéressant. J'aime beaucoup. je reviendrai. N'hésitez pas à visiter mon blog (lien sur pseudo). Au plaisir

cepheides 15/04/2018 16:32

Merci pour vos encouragements !

Pascal 29/03/2018 12:58

Merci pour ces explications simples et claires à la portée de tous.
Il est dommage que tant de gens sur terre ne comprennent pas que nous sommes si minuscules mais en lisant votre article je peux écrire microscopiques ,dans cet univers qui nous entoure.
Je suis et reste toujours un de vos fidèles lecteur.Merci.

cepheides 31/03/2018 16:39

Merci, Pascal, pour votre intervention qui me touche sincèrement. À bientôt pour un prochain article (à ce propos, si vous avez des suggestions à faire, n'hésitez pas !).

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