Présentation

Le Soleil est notre étoile. Il tourne à 28 000 années lumière du centre de notre galaxie, la Voie Lactée, le tout à une vitesse de 225  kilomètres par seconde.

Il représente le plus gros objet de notre système solaire et occupe à lui seul 99 % de la masse du système solaire.

Il se compose de 75 % d'hydrogène et de 25 % d'hélium.

La température en son centre peut atteindre les 14 000 000 K, soit 13 999 726, 85 °C.

On estime sa durée de vie à environ encore 7 milliards d'années.

Le Soleil est le centre de notre système solaire mais il n'est pas du tout au centre de la Voie Lactée. De même que la Terre et les planètes tournent autour du Soleil (elles effectuent des révolutions), l' ensemble du Système Solaire tourne autour du centre de la Voie Lactée.  Le Soleil est une étoile d'un diamètre de 1 392 000 km, soit 108 fois le diamètre de la Terre (12 756 km). Comme toutes les étoiles, le Soleil est une boule de gaz très chauds. Au cœur du soleil, des milliers d'explosions se produisent en permanence, comme celles des bombes atomiques. Ces explosions dégagent de la chaleur et de la lumière qui remontent à la surface et le font briller. Et cela peut encore durer 5 milliards d'années ! Le Soleil est la seule source primaire de lumière du système solaire. Les autres astres sont visibles, car ils diffusent la lumière du Soleil : ce sont des sources secondaires. Tant qu'il sera encore chaud, il produira de la lumière. Mais, quand plus aucune explosion ne se produira, il se refroidira lentement.  Privée de la lumière et de la chaleur du Soleil qui est l'étoile la plus proche de nous, la Terre ne serait qu'une planète sans vie. Si le Soleil s'éteignait, nous continuerions encore à le voir pendant 8 minutes puis ce serait le noir complet.

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C'est parti

Naissance du Soleil

Comment l'Univers a vu le jour ?
Le terme de Big Bang décrit un modèle, une théorie sur l'apparition de l'Univers.
Servant à décrire l'expansion de l'Univers, le Big Bang a été proposé pour la première fois par un astrophysicien belge, Georges Lemaître.
C'est seulement quelques années plus tard qu'Edwin Hubble utilisera le terme de Big Bang en 1929. Ce terme, utilisé de manière ironique devait illustrer l'explosion qui a eu lieu précédant l'expansion de l'Univers.

Le Soleil, qui est une étoile qui a environ 4,57 milliards d'année, a déjà parcouru un peu moins de la moitié du chemin sur la séquence principale du diagramme de Hertzsprung-Russell.

Le diagramme de Hertzsprung-Russell correspond a un diagramme inventé en 1910 par Ejnar Hertzsprung et Henry Norris Russell. Hertzsprung, un astronome danois, eut l'idée en 1905 de classer les étoiles présentant un même type spectral en différentes classes de luminosité selon leur température de surface. C'est ce diagramme, dont l'axe des température est orienté vers la gauche, qui sera perfectionné par H. N. Russell. Russell, quant à lui, est un astronome américain qui a beaucoup travaillé sur la physique des étoiles, ce qui lui permettra d'établir une classification des étoiles en fonction de leur luminosité et de leur type spectral.

Dans les années 70, une hypothèse a été formulé : une supernova pourrait être à l'origine de l'effondrement de la nébuleuse qui a alors donné naissance au Soleil. Cependant, aujourd'hui, celle-ci n'est plus crédible. En effet, une modélisation qui fut réalisée en 2012 permet de mettre en place un nouveau scénario concernant la naissance de notre étoile préférée ainsi que la présence important de magnésium 26 et de nickel 60 dans les météorites.

Ce scénario en trois temps explique que ces deux atomes sont issus de la décompositions de deux isotopes radioactifs (ayant une demi-vie assez courte) issus des étoiles. Ces isotopes sont l'aluminium 26 et le fer 60 (ayant respectivement 717 000 ans et 2,6 millions d'année de demi-vie).

De ce fait, il fut nécessaire d'imaginer une étape pour le fer et autre étapes pour l'aluminium 60 afin d'expliquer la présence de ces deux éléments dans la chimie de l'étoile de notre système solaire.

Des isotopes sont des atomes qui possèdent le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons

Pour un échantillon de noyaux radioactifs, le temps de demi-vie est la durée au bout de laquelle la moitié des noyaux présents à un instant t se soit désintégrée.

Les mouvements du Soleil

On a l’impression que le Soleil traverse le ciel entre l’aube et le crépuscule, mais ce n’est qu’une illusion donnée par la rotation de la Terre. C’est nous qui bougeons, pas le Soleil. Pourtant, il se déplace lentement. Il tourne sur lui même, comme la Terre mais beaucoup plus lentement. Et puis, de la même façon que la Terre tourne autour de lui en entraînant la Lune, le Soleil tourne autour du centre de la galaxie en entraînant avec lui les planètes et l’ensemble du système solaire.

La rotation solaire

Est-ce que le Soleil bouge ?
De notre point de vue, il est facile de croire que c'est le Soleil qui tourne autour de la Terre. Pourtant il n'en est rien, c'est bien la Terre qui tourne autour du Soleil et sur elle-même, ce qui crée les journées.

Comme les planètes et tous les astres en général, le Soleil tourne sur lui-même. Sa période de rotation est de 27 jours terrestres.

Sa structure gazeuse lui donne une rotation assez spéciale : il tourne plus rapidement à son équateur qu'à ses pôles. De même, son cœur lui tourne beaucoup plus vite à raison d'un tour par semaine terrestre.

C'est le savant Galilée qui fût le premier à voir des tâches solaires à la surface du Soleil. L'observation de ces tâches permit vite de voir que le Soleil subissait une rotation sur lui même. Il démonte alors que le Soleil a une durée de révolution de 27 jours et que sa structure lui vaut une rotation différente selon les endroits : la rotation différentielle.

La rotation du Soleil s'effectue autour du centre de la Voie Lactée : le Centre galactique.

Des études récentes démontrent que le Soleil tournerait dans le sens anti-horaire, le même que les planètes qui tournent autour de lui. En l'occurrence, il s'agit plutôt des planètes qui tournent dans le même sens que le Soleil.
Le sens de rotation du Soleil a une grande importance puisque c'est ce dernier qui définit le champ magnétique et son sens. On sait d'ailleurs que le champ magnétique du Soleil a des incidences sur l'activité solaire qui peut se répercuter jusque sur notre Terre.

Galilée

Qu'a inventé Galilée ?
Galilée nous a permis de nombreuses avancées dans les sciences, que ce soit dans le domaine astronomique avec sa lunette de Galilée ou en physique avec le thermomètre à bulles ci-dessus.

Galilée est un célèbre mathématicien, géomètre, physicien mais également astronome italien du XVIIe siècle.

Ce savant réalisera pendant sa vie de nombreux outils tels que la lunette astronomique en perfectionnant la lunette d'approche découverte par des Hollandais afin de procéder à des observations rapides mais aussi précoces. Cette lunette aura par ailleurs bouleversé de nombreux fondements de l'astronomie de l'époque. Galilée aura également été grand défenseur de l'approche modélisatrice copernicienne de l'Univers. Il lui proposera d'ailleurs d'adopter l'héliocentrisme et les mouvements satellitaires. A cause de ses prises de position, il s'attira les foudres et les critiques de nombreux philosophes, partisans d'Aristote, qui proposaient un géocentrisme stable, une classification des corps et des êtres, un ordre immuable des éléments mais également une évolution réglée des substances. Malgré les mises en garde de ses différents protecteurs religieux, Galilée manquera de prudence au sujet de sa prise de position du mouvement terrestre, celui-ci ne possédant pas de preuves de ce qu'il avançait.

En ce qui concerne les mathématiques, Galilée n'a aucunement contribué à la progression de l'algèbre mais il aura beaucoup travaillé sur les suites mais également les courbes géométriques et la prise en compte de l'infiniment petit. D'ailleurs, Galilée décrira les mathématiques comme étant "un langage décrivant la nature".

Galilée aura également permis de nombreuses avancées concernant la mécanique, notamment la cinétique et la dynamique, grâce aux bases qu'il aura posé avec l'aide de ses nombreuses expériences sur l'équilibre mais aussi le mouvement des corps solides, en particulier sur la chute, la translation rectiligne, l'inertie mais également la généralisation des mesures dont le temps par l'isochronisme du pendule et la résistance des matériaux. Il sera même considéré comme fondateur de la physique -première des sciences exactes modernes- à partir de 1680.

Composition du soleil

Le Soleil se compose principalement de gaz, plus précisément d'hydrogène. En pourcentage de masse, l'hydrogène représente 75 % du Soleil et l'hélium 25 %. Ces gaz sont en fusion permanente, avec une température atteignant les 14 millions de Kelvin en son centre.

Ce tableau reprend en détail la composition de l'atmosphère solaire :

AtomesHydrogèneHéliumOxygèneCarboneFerNéonAzoteSiliciumMagnésiumSoufre
Répartition (%)73,4624,850,770,290,160,120,090,070,050,04

Il dégage une énergie de 386 millions de mégawatts par seconde. Cette énergie provient de la fusion nucléaire qui s'opère dans son cœur, à savoir le convertissage de 700 millions de tonnes d'hydrogène en 695 millions de tonnes d'hélium et ce chaque seconde. Cette réaction envoie aussi 5 millions de tonnes d'énergie par émission de rayons gamma.

La couche externe du Soleil, celle visible, est nommée photosphère. C'est de cette partie que la lumière est émise. On y remarque des tâches solaires qui ressemblent à des tâches noires, dues à leur différence de température avec le reste du Soleil.

On retrouve ensuite la chromosphère, zone qui sépare la photosphère de la couronne solaire. Epaisse de 2000 km, elle a une température variant entre 4000 K et 100000 K.

Pour finir vient la couronne solaire, dernier rempart entre le Soleil et l'Espace. Elle mesure plusieurs rayons solaires de distance ! Elle est formée par les émissions de jets de gaz chauds suites aux réactions solaires. Sa température atteint le million de Kelvins !
Pour visualiser cette région, il suffit d'observer une éclipse de Soleil, elle est alors bien visible.

Au delà de la couronne intervient ce que l'on appelle l'héliosphère. Provoquée par les vents solaires, l'héliosphère englobe la totalité du système solaire.

De nombreux domaines participent à l'analyse scientifique du Soleil, c'est le cas notamment de l'héliosismologie : elle étudie les activités vibratoires et les explosions du Soleil. Elles permettent de mesurer les impacts de certaines éruptions solaires par exemple.

Exercice : Le Soleil et Star Wars

La saga Star Wars est une série de films qui

Dans la saga Star Wars, deux héros, Luke et Anakin Skywalker, ont passé leur enfance sur la planète Tatooine. Cette planète désertique a la particularité d’être en orbite autour de deux étoiles : Tatoo 1 et Tatoo 2.

On se propose de déterminer quelques caractéristiques de cette planète et de ses deux étoiles à partir de données extraites du film.

L’orbite de Tatooine

Impossible d'évoquer la célèbre planète Tatooine, repère de brigands galactiques sur lequel règne le fameux Jabba le Hutt, sans parler de ses deux soleils (ou étoiles).

Cette particularité n'est pas si étonnante quand on considère que les deux tiers des étoiles visibles à l'œil nu font partie d'un système multiple. Le problème n'est donc pas de trouver une étoile double, mais de comprendre comment une planète peut évoluer dans un tel système.

(...) L'orbite de Tatooine pourrait englober ses deux soleils à la fois. Ce type d'orbite n'est stable que si la distance qui sépare la planète de ses soleils est au moins quatre fois plus grande que celle qui sépare les étoiles. Du point de vue de la planète, tout se passe comme si les étoiles ne faisaient qu'une. Peut-on estimer le rayon de l'orbite de Tatooine ? Oui, bien sûr !

(...) Remarquons d'abord que les deux étoiles sont assez semblables à notre Soleil : l'une est jaune et l'autre est orange, laissant supposer qu'elle est un peu plus froide. Si ces deux étoiles étaient trop proches l'une de l'autre, elles devraient être déformées par leur gravité mutuelle. Comme aucune déformation n'est perceptible dans la scène du coucher des soleils, on peut calculer que leur distance est légèrement supérieure à 10 millions de kilomètres. Pour avoir une orbite stable Tatooine doit donc être distante de ces deux étoiles d'au moins 40 millions de kilomètres. En fait, elle ne doit pas être si près, sous peine d'être vraiment trop chaude et totalement inhabitable. Deux cent millions de kilomètres est une bonne position : à cette distance Tatooine reçoit une énergie lumineuse un peu supérieure à celle qui frappe la Terre, ce qui expliquerait son aspect désertique.

  1. Les étoiles Tatoo 1 et Tatoo 2

1.1. En supposant que Tatoo 1 et Tatoo 2 ne sont pas déformées et sont à égale distance de Tatooine, montrer, en s’appuyant sur la photo et sur le texte, que la valeur du rayon de chacune des deux étoiles est environ égale à deux millions de kilomètres. Justifier avec soin la démarche utilisée.

On adoptera pour la suite de l’exercice cette valeur commune pour le rayon des deux étoiles.

1.2. En supposant que les deux étoiles ont la même masse volumique moyenne que le Soleil, évaluer l’ordre de grandeur de la masse MTatoo de Tatoo (1 ou 2). Commenter le résultat obtenu.

2. Tatooine en orbite

Du point de vue de Tatooine, tout se passe comme si les étoiles ne faisaient qu'une, l’étoile unique équivalente sera appelée Tatoo 1-2 ; sa masse sera prise égale à 9,5 × 1031 kg.

2.1. Justifier la phrase précédente à l’aide d’informations données dans le texte.

2.2. Faire un schéma du système Tatooine-Tatoo 1-2 et représenter sans souci d’échelle la force d’attraction gravitationnelle exercée par Tatoo 1-2 sur Tatooine ainsi que le vecteur accélération de la planète Tatooine dans le référentiel lié à Tatoo 1-2 considéré comme galiléen.

2.3. Montrer que le mouvement, supposé circulaire, de la planète dans ce référentiel est uniforme.

2.4. Déduire des résultats précédents et du texte, la valeur de la période de révolution de Tatooine. Comparer cette valeur à la période de révolution de la Terre autour du Soleil.

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Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.