Monde de la physique : Le Soleil

La Voie lactée est composée de plus de cent milliards d’étoiles, dont notre Soleil. Au cours des dernières décennies notamment, les astronomes ont décodé de nombreux processus sur notre étoile centrale grâce à des observations de plus en plus détaillées et des modèles plus précis. Mais le soleil cache encore quelques mystères.

Le soleil était déjà vénéré au début de l’histoire de l’humanité : avec sa lumière et sa chaleur, sa migration quotidienne dans le ciel et sa hauteur variable dans le firmament au cours de l’année, il influence la vie sur terre plus que toute autre étoile. Mais aussi important que puisse être le Soleil pour la vie sur Terre, il s’agit d’une étoile relativement ordinaire parmi les plus de cent milliards d’étoiles restantes dans la Voie Lactée.

Cependant, la proximité de notre planète rend le Soleil spécial pour les astronomes : à une distance d’environ 150 millions de kilomètres, sa surface et son atmosphère peuvent être observées de manière très détaillée, contrairement aux autres étoiles. On sait depuis l’Antiquité que le disque solaire présente des taches sombres. Les télescopes ont rendu visibles divers autres phénomènes, tels que les protubérances et les éruptions. Pendant des siècles, ces phénomènes, qui se produisent tous les onze ans environ, ont intrigué la science.

La fusion comme source d’énergie

Outre les processus à la surface du Soleil, une question bien plus fondamentale devait également être clarifiée : comment notre étoile centrale génère-t-elle son énergie ? Après tout, elle fournit continuellement de la lumière et de la chaleur depuis environ 4,5 milliards d’années. L’énergie chimique, comme celle d’un feu de charbon, ne durerait que quelques milliers d’années. Une lente contraction du Soleil, qui convertirait l’énergie gravitationnelle en chaleur, ne pourrait durer que quelques millions d’années.

Ce n’est que grâce aux nouvelles découvertes en physique nucléaire et en physique quantique que le secret a été résolu dans les années 1930. L’énergie du soleil et des autres étoiles provient de la fusion de l’hydrogène en hélium. Sur la base de ces connaissances, ils ont finalement pu développer un modèle complet du Soleil. Les réactions de fusion se déroulent donc en leur cœur, à une température avoisinant les 15 millions de degrés Celsius. L’énergie libérée atteint d’abord la surface, qui n’est qu’à environ 5 700 degrés Celsius, par rayonnement, puis plus loin par convection, c’est-à-dire par la montée de matière chaude de l’intérieur.

Rôle des champs magnétiques

Les champs magnétiques jouent un rôle central dans presque tous les processus solaires. En surface, par exemple, ils peuvent empêcher localement la montée des gaz chauds et produire ainsi des points sombres et plus froids. D’un autre côté, certaines zones de l’atmosphère solaire peuvent également se réchauffer soudainement – et donc s’éclairer brièvement – si les lignes de champ magnétique s’y réorganisent. Cet événement peut également éjecter d’énormes quantités de matière dans l’espace et provoquer des tempêtes solaires. Si de tels flux de particules traversent la Terre, ils peuvent paralyser les réseaux électriques et de télécommunications.

En plus de ces violentes éjections de masse, le soleil émet également un flux constant de particules. On ne sait toujours pas exactement comment les particules de ce vent solaire sont accélérées. On ne comprend pas encore pleinement ce qui réchauffe la couronne – l’atmosphère extérieure du Soleil. Après un minimum immédiatement au-dessus de la surface, la température dans les couches atmosphériques situées au-dessus augmente à nouveau et atteint finalement des valeurs de plus d’un million de degrés Celsius dans la couronne.

Le soleil pose donc encore quelques énigmes. Avec des sondes spatiales telles que Parker Solar Probe et Solar Orbiter ainsi que des modèles informatiques de plus en plus complets, les chercheurs souhaitent bientôt trouver des réponses à ces questions.