Même si vous n'avez pas encore d'intérêt particulier pour l'astronomie, vous vous êtes sans doute demandé ce qui se passe dans cette énorme boule brillante dans le ciel qui est à la fois dangereusement chaude et littéralement vivifiante en même temps temps. Vous savez probablement que le soleil est une étoile, un peu comme les innombrables points lumineux qui prennent la place du soleil au-dessus de votre tête la nuit lorsque l'obscurité s'installe, mais de plus près. Vous savez peut-être qu'il a sa propre réserve de carburant et que cette réserve, sans être infinie, est si vaste qu'elle est incalculable. Vous vous rendez probablement compte que ce ne serait pas une bonne idée de vous rapprocher beaucoup plus du soleil même si vous en aviez la possibilité – mais que ce serait une idée presque aussi mauvaise de s'en éloigner beaucoup plus que vous ne l'êtes déjà, une distance d'environ 93 millions milles.
Dans votre réflexion, cependant, vous n'avez peut-être pas envisagé l'idée que le soleil n'est pas un orbe de lumière uniforme et chaleur, mais a plutôt des couches à part entière, tout comme la Terre et les sept autres planètes du système solaire fais. Quelles sont ces couches – et comment diable les scientifiques humains sont-ils capables de les connaître à une si grande distance de toute façon ?
Le Soleil et le système solaire
Le soleil se trouve au centre du système solaire (d'où son nom !) et représente 99,8 % de la masse du système solaire. En raison des effets de la gravité, tout dans le système solaire - les huit planètes, les cinq (pour l'instant) planètes naines, les lunes de ces planètes et planètes naines, les astéroïdes et autres éléments mineurs tels que les comètes - tourne autour de la Soleil. La planète Mercure met un peu moins de 88 jours terrestres pour effectuer un tour du soleil, alors que Neptune met près de 165 années terrestres.
Le soleil est une étoile assez indéfinissable au fur et à mesure que les étoiles disparaissent, ce qui lui a valu la classification de "naine jaune". Avec un âge d'environ 4,5 milliards d'années, le soleil se trouve à environ 26 000 années-lumière du centre de la galaxie qu'il habite, la Voie lactée Galaxie. Pour référence, une année-lumière est la distance parcourue par la lumière en un an, soit environ 6 000 milliards de kilomètres. Aussi vaste que soit le système solaire lui-même, Neptune, la planète la plus éloignée du soleil à une distance de près de 2,8 milliards de kilomètres, est à peine à 1/2000 d'année-lumière du soleil.
Le soleil, en plus de fonctionner comme une gigantesque fournaise, possède également un fort courant électrique interne. Les courants électriques génèrent des champs magnétiques, et le soleil a un vaste champ magnétique qui se propage à travers le système solaire en tant que vent solaire - gaz chargé électriquement qui vole vers l'extérieur du soleil dans chaque direction.
Le Soleil est-il une étoile ?
Le soleil est, comme indiqué, une naine jaune, mais il est plus formellement classé comme une étoile de classe spectrale G2. Les étoiles sont classées de la plus chaude à la plus froide en tant qu'étoiles de type O, B, A, F, G, K ou M. Les plus chaudes ont une température de surface d'environ 30 000 à 60 000 Kelvin (K), tandis que la température de surface du soleil est relativement tiède de 5 780 K. (Pour référence, les degrés Kelvin ont la même "taille" que les degrés Celsius, mais l'échelle commence 273 degrés plus bas. C'est-à-dire que 0 K, ou "zéro absolu", est égal à -273 C, 1 273 K est égal à 1 000 C et ainsi de suite. De plus, le symbole du degré est omis des unités Kelvin.) La densité du soleil, qui n'est ni un solide, ni un liquide ni un gaz et est mieux classé comme plasma (c'est-à-dire gaz chargé électriquement), est environ 1,4 fois celui de l'eau.
Autres statistiques solaires vitales: Le soleil a une masse de 1,989 × 1030 kg et un rayon d'environ 6,96 × 108 m. (Puisque la vitesse de la lumière est de 3 × 108 m/s, la lumière d'un côté du soleil prendrait un peu plus de deux secondes pour traverser le milieu jusqu'au l'autre côté.) Si le soleil était aussi haut que, disons, une porte typique, la Terre serait à peu près aussi haute qu'un nickel américain se tenant sur bord. Pourtant, il existe des étoiles 1 000 fois le diamètre du soleil, de même que des étoiles naines de moins d'un centième de largeur.
Le soleil fait aussi 3,85 × 1026 watts de puissance, dont environ 1340 watts par mètre carré atteignent la Terre. Cela se traduit par une luminosité de 4 × 1033 ergs. Ces chiffres ne signifient probablement pas grand-chose isolément, mais à titre de référence, un exposant de "seulement" 9 implique des milliards, tandis qu'un exposant de 12 se traduit par des milliers de milliards. Ce sont des chiffres énormes! Pourtant, certaines étoiles sont jusqu'à un million de fois plus lumineuses que le soleil, ce qui signifie que leur puissance de sortie est un million de fois supérieure. Dans le même temps, certaines étoiles sont mille fois moins lumineuses.
Il est intéressant de noter que même si le soleil est classé au mieux comme une étoile modeste dans le schéma global, il est toujours plus massif que 95% des étoiles connues existantes. L'implication de ceci est que la plupart des étoiles ont bien dépassé leur apogée et ont considérablement diminué depuis leur vie culmine des milliards d'années plus tôt, et se prolongent maintenant dans leur vieillesse en anonymat.
Quelles sont les quatre régions du soleil ?
Le soleil peut être divisé en quatre Régions, composé du noyau, de la zone radiative, de la zone convective et de la photosphère. Ce dernier se situe en dessous de deux autres couches, qui sera exploré dans la section suivante. Un diagramme solaire constitué d'une section transversale, comme une vue de l'intérieur d'une boule qui a été coupée exactement en deux, comprendrait donc un cercle dans le centre représentant le noyau, puis des anneaux successifs autour de celui-ci de l'intérieur vers l'extérieur désignant la zone radiative, la zone convective et photosphère.
le cœur du soleil est l'endroit où tout ce que les observateurs sur Terre peuvent mesurer sous forme de lumière et de chaleur provient. Cette région s'étend vers l'extérieur jusqu'à environ un quart du centre du soleil. La température au centre même du soleil est estimée à environ 15,5 millions de K à 15,7 millions de K, soit environ 28 millions de degrés Fahrenheit. Cela fait que la température de surface d'environ 5 780 K semble positivement froide. La chaleur à l'intérieur du cœur est générée par un barrage constant de réactions de fusion nucléaire, dans lesquelles deux molécules de l'hydrogène se combine avec une force suffisante pour les amener à se réunir en hélium (en d'autres termes, les molécules d'hydrogène fusible.)
le zone radiative du soleil est ainsi nommé parce qu'il se trouve dans cette coquille sphérique - une région commençant à environ un quart du centre du soleil, où se termine le noyau, et s'étendant vers l'extérieur environ aux trois quarts de la distance jusqu'à la surface du soleil où il rencontre la zone convective - que l'énergie libérée par la fusion à l'intérieur du noyau se déplace vers l'extérieur dans toutes les directions, ou rayonne. Étonnamment, il faut beaucoup de temps pour que l'énergie rayonnante traverse l'épaisseur de la région radiative – en fait, plusieurs centaines de milliers d'années! Aussi improbable que cela puisse paraître, à l'heure solaire, ce n'est pas très long du tout, étant donné que le soleil a déjà 4,5 milliards d'années et qu'il est toujours aussi fort.
le zone convective occupe la majeure partie du quart extérieur du volume du soleil. Au début de cette zone (c'est-à-dire à l'intérieur), la température est d'environ 2 000 000 K et baisse. En conséquence, le matériau semblable au plasma formant l'intérieur du soleil est, croyez-le ou non, trop froid et opaque pour permettre à la chaleur et à la lumière de continuer à voyager vers la surface solaire sous la forme de radiation. Au lieu de cela, cette énergie est transmise par convection, qui est essentiellement l'utilisation de supports physiques pour transporter l'énergie au lieu de lui permettre de rouler en solo. (Les bulles s'élevant du fond d'une casserole d'eau bouillante à la surface et libérant de la chaleur lorsqu'elles éclatent représentent un exemple de convection.) Dans Contrairement à la longue période de temps qu'il faut à l'énergie pour naviguer dans la zone radiative, l'énergie se déplace comparativement à travers la zone de convection rapidement.
le photosphère consiste en une zone dans laquelle les couches du soleil passent d'être complètement opaques, bloquant ainsi le rayonnement, à être transparentes. Cela signifie que la lumière ainsi que la chaleur peuvent traverser sans entrave. La photosphère est donc la couche du soleil à partir de laquelle la lumière visible à l'œil nu est émise. Cette couche n'a que 500 km d'épaisseur, ce qui signifie que si le soleil entier est assimilé à un oignon, la photosphère représente la peau de l'oignon. La température au fond de cette région est plus chaude qu'à la surface du soleil, mais pas de façon spectaculaire - environ 7 500 K, une différence de moins de 2 000 K.
Quelles sont les couches du soleil ?
Comme indiqué, le noyau solaire, la zone radiative, la zone convective et la photosphère sont considérés comme des régions, mais chacune peut également être classée comme l'une des couches du soleil, au nombre de six. À l'extérieur de la photosphère se trouve l'atmosphère du soleil, qui comprend deux couches: la chromosphère et la couronne.
le chromosphère s'étend à environ 2 000 à 10 000 km au-dessus de la surface du soleil (c'est-à-dire la partie la plus externe de la photosphère), selon la source que vous consultez. Assez curieusement, la température baisse quelque peu de manière prévisible avec l'augmentation de la distance de la photosphère dans un premier temps, puis recommence à s'élever, peut-être à cause des effets du soleil champ magnétique.
le couronne (Latin pour "couronne") s'étend au-dessus de la chromosphère à une distance de plusieurs fois le rayon du soleil et atteint des températures aussi élevées que 2.000.000 K, similaires à l'intérieur de la zone de convection. Cette couche solaire est très ténue, ne contenant qu'environ 10 atomes par cm3, et il est fortement traversé par des lignes de champ magnétique. Des « streamers » et des panaches de gaz se forment le long de ces lignes de champ magnétique et sont soufflés vers l'extérieur par le vent solaire, donnant au soleil son aspect caractéristique d'avoir des vrilles de lumière lorsque la partie principale du soleil est obscurci.
Quelles sont les parties extérieures du soleil ?
Comme indiqué, les parties les plus externes du soleil sont la photosphère, qui fait partie du soleil proprement dit, et la chromosphère et la couronne, qui font partie de l'atmosphère du soleil. Ainsi, le soleil peut être représenté comme ayant trois parties internes (le noyau, la zone radiative et la zone convective) et trois parties externes (la photosphère, la chromosphère et la couronne).
Un certain nombre d'événements intéressants se déroulent à la surface du soleil ou juste au-dessus. L'un d'eux est celui des taches solaires, qui se forment dans la photosphère dans des zones relativement froides (4 000 K). Un autre est les éruptions solaires, qui sont des événements explosifs à la surface marqués par un éclaircissement très intense de régions de l'atmosphère solaire sous forme de rayons X, de lumière ultraviolette et visible. Celles-ci se déroulent sur des périodes de quelques minutes, puis s'estompent sur une période un peu plus longue d'une heure environ.