SOLEIL
L’anatomie du Soleil
Le Soleil est structuré en deux régions concentriques bien différentes : l'intérieur du Soleil (appelé « atmosphère interne » puisque le Soleil est composé de gaz), qui est caractérisé par des températures et des densités élevées ; l'atmosphère externe (souvent appelée simplement atmosphère), qui est beaucoup plus ténue et qui s'étend jusqu'aux confins de l'héliosphère (zone d’influence du Soleil, s’étendant jusqu’à 200 années-lumière du Soleil).
L'atmosphère interne
Les différentes couches du Soleil
Encyclopædia Universalis France (photos : NASA)
L'intérieur du Soleil comprend trois zones présentant chacune des propriétés bien distinctes : le cœur du Soleil (ou noyau), qui s’étend sur un rayon d’environ 175 000 kilomètres ; la zone radiative ; la zone convective.
Exemple de réactions thermonucléaires au cœur du Soleil
Encyclopædia Universalis France
Au cœur du Soleil, la masse volumique atteint 151 000 kg/m3, la température 15 millions de K et la pression s’y élève à 2,33 × 1014 hectopascals (hPa), soit 233 milliards de fois la pression atmosphérique terrestre. S’étendant sur un quart du rayon du Soleil, ce cœur, représentant 60 % de la masse du Soleil, est le siège, comme dans toutes les autres étoiles, de réactions nucléaires de fusion – réactions dites thermonucléaires (celles intervenant dans la bombe H) – au cours desquelles quatre noyaux d’hydrogène sont transformés en un noyau d'hélium 4 avec libération importante(6,3 × 1014 joules par kg d’hydrogène) d’énergie lumineuse sous forme de rayons gamma (photons), de positrons (électrons de charge positive) et de neutrinos. La chaîne de réactions est en réalité plus complexe et ne se limite d'ailleurs pas à l'hydrogène. Pour simplifier : deux paires de protons (1H) fusionnent pour former deux noyaux de deutérium (2H ou D) comportant chacun un proton et un neutron. Avec l'arrivée d'un nouveau proton, chaque noyau de deutérium se transforme en un noyau de l'isotope 3 de l'hélium (3He) constitué de deux protons et d’un neutron. Enfin, deux de ces noyaux 3He fusionnent pour donner un noyau d'hélium 4 (4He), comptant deux protons et deux neutrons, en libérant deux protons. C'est la différence (Δm) entre la somme des masses des noyaux de départ (quatre protons) et celle du noyau d'arrivée (4He), différence de l'ordre de 0,7 %, qui détermine, en vertu de la relation d'Einstein (E = mc2), l'énergie libérée (ici ΔE = Δmc2).C’est ainsi que 620 millions de tonnes d’hydrogène sont « brûlées » chaque seconde au cœur du Soleil et transformées en 615,7 millions de tonnes d’hélium, la différence étant convertie en énergie rayonnée vers l’extérieur du noyau.
Les photons gamma s’évadent du noyau solaire pour rejoindre une région dite zone radiative où ils sont redirigés en permanence dans toutes les directions de l’espace par les protons et les électrons qu’ils rencontrent mais s’échappent majoritairement vers l’extérieur. Ils se transforment, du fait de ces chocs, en photons de moins en moins énergétiques et ces « parties de ping-pong » multidirectionnelles durent (si l’on suit une chaîne particulière de photons) un temps non négligeable de plus de 100 000 ans. En raison de ce processus de diffusion du rayonnement, qui s’apparente à la « marche de l’ivrogne », la distance radiale parcourue est proportionnelle à la racine carrée du temps écoulé. Cette partie de ping-pong finit toutefois à une distance d’environ 600 000 kilomètres du centre du Soleil : rencontrant là un gaz plus froid et neutre (constitué d’atomes et molécules non chargées), les photons sont définitivement absorbés, y compris par la photo-ionisation. Ce dernier processus utilise l'énergie des photons incidents sur les atomes et molécules pour arracher leurs électrons, ce qui conduit à une disparition de ces photons au profit d'une « réionisation » partielle[...]
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Écrit par
- Jean-Claude VIAL : directeur de recherche émérite à l'Institut d'astrophysique spatiale (CNRS-université Paris-Sud, université Paris-Saclay), Orsay
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Médias
Les différentes couches du Soleil
Encyclopædia Universalis France (photos : NASA)
Exemple de réactions thermonucléaires au cœur du Soleil
Encyclopædia Universalis France
Exemples de trajectoires d’ondes acoustiques à l’intérieur du Soleil
Encyclopædia Universalis France
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