mise à jour le 12 Mai 2006

"LE SOLEIL DANS TOUS SES ÉTATS"

Organisée l'Association Planète Sciences Ile de France
et l'Association "Les enfants des étoiles"

À St Pierre du Perray (Essonne)

Présentée par Gilles Dawidowicz

Le 10 Juin 2006 à 19H30

Photos : JPM.pour l'ambiance Les photos en haute définition sont disponibles sur simple demande pour ceux qui le souhaitent

Les photos des slides sont de la présentation des auteurs.

Voir les crédits des autres photos

BREF COMPTE RENDU

À l'occasion du 3^ème Festiciel Île de France, une soirée exceptionnelle nous est proposée sur le Soleil à la Mairie de Saint Pierre du Perry en Essonne.

Soirée animée par Gilles Dawidowicz, le programme est alléchant et concerne le Soleil sous tous ses aspects.

PLAN DE LA SOIRÉE : (accès direct par clic sinon dérouler les pages).

D'où vient l'énergie du Soleil par M Maksimovic

Les manifestations du Soleil depuis la Terre par G Dawidowicz.

Construction d'un coronographe amateur par "Les enfants du Soleil".

Le vent solaire et les interactions Terre/Soleil par M Maksimovic

Quelques références Internet sur le Soleil et phénomènes solaires.

INTRODUCTION PAR PIERRE FRANÇOIS MOURIAUX (PIF) DE PLANÈTE SCIENCES.

Il nous présente les deux gagnants du concours Space camp International qui vont avoir droit d'aller passer une semaine à Huntsville (Alabama, USA) au camp d'entraînement des astronautes de la NASA.

Deux jeunes viennent d'être retenus pour composer la délégation française : Christelle Longo et Paul Mouginot. Ils ont été sélectionnés dans le cadre d'un concours proposé par le CNES et l'association Planète Sciences en début d'année. Ils pratiquent l'anglais et ont réalisé un dossier original en réponse à la question : Voyageurs dans la banlieue de la Terre, pourquoi ?

Accompagnés par un représentant de Planète Sciences (qui participera à une rencontre internationale d'enseignants organisée en parallèle), Christelle et Paul vont suivre une semaine durant (et en anglais) un stage d'initiation au métier d'astronaute au Space Camp et effectuer des visites de l'US Space & Rocket Center de Huntsville. Le séjour se tiendra du 22 au 29 juillet prochain.

Leur hébergement sera complètement pris en charge par l'US Space Camp tandis que leur voyage depuis Paris est offert par le CNES et Snecma.

Pif leur remet ce soir leur diplôme.

Bravo à eux.

D'OÙ VIENT L'ÉNERGIE DU SOLEIL?

C'est à cette question que doit répondre Milan Maksimovic du LESIA (Laboratoire d'Études Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique) de l'Observatoire de Paris–Meudon.

Notre Soleil est un étoile parmi d'autres, relativement moyenne et dont l'activité varie au cours du temps.

Quelques informations techniques sur le Soleil:

La photosphère (c'est ce que l'on voit) est à 6000K, le rayon du Soleil fait 109 fois le rayons terrestre et sa mass est 333.000 fois la masse terrestre.

Une bonne question : quelle quantité d'énergie le Soleil émet il?

Pour cela Milan nous propose une expérience simple à réaliser.

Essayons de voir combien de temps il faut à un bidon noir rempli de 10l d'eau pour que, exposé aux rayons du Soleil qui est à son zénith, sa température s'élève de disons 10°C.

Résultat : approximativement 10 minutes. (c'est bien entendu une valeur moyenne).

Qu'est ce que cela veut dire?

Étant donné qu'une calorie (attention ce n'est pas la calorie de l'alimentation qui, elle vaut 1000 fois plus, ou grande calorie comme on disait) représente par définition la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température de un gramme d'eau de un degré, notre bidon à reçu : 100.000 calories.

Or l'unité d'énergie n'est plus la calorie mais le Joule et une calorie vaut 4,18J, notre bison a reçu approx 400.000J en 5 minutes (300 secondes ) soit un débit moyen de approx. 1300 J/sec, mais les J/s ce sont des unités de puissance ce sont des Watts (revoir les programmes de seconde pour ceux qui ont oublié!!) donc on peut dire que le bidon a reçu 1300W/m².

Chiffre pas très éloigné du vrai chiffre :

La Terre reçoit du Soleil 1400 W/m²

C'est ce qu'on appelle la Constante Solaire (solar constant en anglais).

Mais le Soleil émet cette énergie sur toute la sphère de rayon Terre-Soleil (Unité Astronomique) d'où l'énergie totale émise sur cette sphère de surface 4PR² est :

Énergie émise par le Soleil au niveau de la Terre : 4 10²⁶ W

Chiffre énorme bien entendu, et sil devait correspondre à une combustion d'hydrocarbure (comme on pouvait le penser au XIXème siècle) cela donnerait après calcul une combustion qui devrait durer seulement 10.000ans, or on sait (et on savait à cette époque) que le Soleil était beaucoup plus vieux que cela, d'où la question irrésolue pendant longtemps : d'où vient l'énergie du Soleil.

On ne le sut que au début du XXème siècle, c'est Albert qui a la solution :

C'est l'énergie colossale enfouie à l'intérieur de la matière, car matière et énergie sont les deux faces d'une même carte.

Comparons :

1kg de gaz (butane par exemple) produit par combustion une énergie de 4 10⁷ J

1kg de ce gaz dont la totalité de sa matière est transformée en énergie produit : 9 10¹⁹ J

Cette énergie permettrait au Soleil si il était entièrement converti, par exemple de vivre 50.000 milliards d'années.!!

Tout est dit!!!

Cette énergie provient dans le Soleil en fait de la fusion de l'Hydrogène en Hélium, la différence de masse fournissant cette énergie.

Voir pour plus de détail l'article spécial sur la Fusion et ITER de la semaine dernière.

La structure interne du Soleil correspond en gros à 3 zones :

· Le noyau interne à 15 millions de degrés où l'Hydrogène est transformé en Hélium (Fusion)

· La zone radiative, très dense, si dense que les photons vont mettre près d'un million d'années à sortir de celle-ci

· La zone convective évacue la chaleur vers l'extérieur, c'est analogue aux mouvements de convection dans une casserole d'eau bouillante, la partie supérieure (la peau!) de cette zone est la photosphère à 6000K

C'est cette machine qui nous donne la vie et la chaleur mais émet aussi des radiations dangereuses que nous étudierons un peu plus tard.

CE QUE L'ON PEUT VOIR DES MANIFESTATIONS DU SOLEIL DEPUIS LA TERRE.

C'est notre ami Gilles qui nous présente cette partie là.

On commence par les précautions d'usage, bien entendu, NE JAMAIS REGARDER DIRECTEMENT LE SOLEIL, cela peut vous rendre aveugle.

Pourquoi? notre rétine ne possède pas de capteurs nerveux pouvant signaler une quelconque douleur, donc quand on remarque quelque chose, il est trop tard.

Cette précaution est valable aussi les jours d'éclipses, il ne faut jamais réutiliser les lunettes en mylar métallisé, car la pellicule de protection est tellement faible qu'elle s'abîme très facilement, bien entendu pas de vieilles radios ou de verre noirci à la bougie, à proscrire.

Le mieux c'est le verre de soudeur qui est proposé par beaucoup d'organisation lors des éclipses.

Une visualisation par projection sur le sol ou sur un carton est sans risque et conviviale en plus.

LES COUCHERS DE SOLEIL.

Gilles nous passe une belle collection de couchers de Soleil pris en Île de France, et notamment lorsque l'astre du jour se trouve dans l'alignement de l'Arc de Triomphe à Paris. Cela arrive deux fois par an et mérite la photo.

C'est le cas de Brice Castaing qui propose ses photos chez notre ami G Javaux.

Mais la quête du Graal pour l'amateur de coucher de Soleil, c'est le fameux rayon vert (green flash en anglais).

Voir la visite virtuelle de l'exposition de Gilles sur la recherche du rayon vert, dont voici une des photos.

L'indice de réfraction de l'air (qui dépend de la longueur d'onde) est légèrement plus grand pour le vert que pour le rouge.
Résultat : le rayon extrême vert apparaît quelque fois séparé du disque solaire à cause de l'absorption de la lumière jaune et orange par la vapeur d'eau et l'ozone atmosphérique.

A Corbeil-Essonnes en décembre 2001 (91).
Objectif de 1000 mm à f/10 sur film 200 ASA Fujicolor

(Photo G Dawidowicz)

Ce rayon vert correspond à la séparation des différentes couleurs de l'arc en ciel qui disparaissent les unes après les autres au moment du coucher (inverse au lever), en fait cela devrait être le bleu, mais cette couleur est absorbée par l'atmosphère généralement très fortement.

Dans certaines occasions, on voit un rayon bleu et Gilles nous montré une photo de cet événement rarissime.

LES ÉCLIPSES VUES DE LA RÉGION ÎLE DE FRANCE.

Gilles nous montre diverses éclipses obtenues depuis la France.

Durant la phase finale de cette éclipse, un avion est venu troubler le spectacle et nous a ramené quelques secondes à la réalité.
Éclipse partielle au lever de Soleil le 31 mai 2003 depuis le Morond (Métabief) dans le Doubs (25).
Objectif de 1000 mm à f/10 sur film 200 ASA Fujicolor (c) Clémence Odot et Gilles Dawidowicz

Puis Piere François Mouriaux, nous présente des éclipses inoubliables vues d'orbite terrestre ou d'avion, notamment de ce Concorde (le 001) en Juin 1973 qui avait suivi l'éclipse pendant 80 minutes, il était équipé d'appareils photos spéciaux qui sont exposés (avec ce Concorde) au Musée de l'Air et de l'Espace.

La photo la plus célèbre est celle de JP Haigneré de l'éclipse d'Août 1999 prise de la station MIR.

CONSTRUCTION D'UN CORONOGRAPHE D'AMATEURS PAR LE CLUB "LES ENFANTS DES ÉTOILES" DE ST PIERRE DU PERRAY.

Philippe Chevrier (à gauche) et Yves Carluer nous présentent leur bébé.	Philippe a ouvert le coronographe et nous montre la partie avant.

Le coronographe a été inventé par B Lyot au début des années 1930, cela sert à créer une éclipse de Soleil artificiellement à l'aide d'un cache qui masque le disque solaire. Pourquoi? pour ne pas attendre la prochaine éclipse solaire pour étudier la couronne.

Le principe est en fait tout bête, la réalisation est plus délicate. (dessin tiré de l'excellent site de Rondi).

Cette idée simple de masquer le Soleil par un disque écran n'est pas suffisante, car il y a diffusion de la lumière autour de cet écran et cela masque les protubérances que l'on veut étudier; il faut en plus diaphgramer (ce fut la grande idée de Lyot).

La lentille O1 (distance focale F) reçoit la lumière du Soleil et forme son image à l'endroit du disque; la lentille O2 donne une image du Soleil masqué au niveau du diaphragme et O3 permet de visualiser cette image. Si l'on souhaite étudier plus profondément les protubérances, il faut un filtre spécial sensible uniquement à ces raies, c'est un filtre que l'on appelle H alpha comme le nome des raies d'Hydrogène, il laisse passer la lumière de 656nm, il est incorporé après O3 et permet de voir grâce à O'3.

Dans le cas de nos deux amis, la réalisation correspond à une longueur focale de 1m et un diamètre de disque de l'ordre de 9mm (il faut plusieurs disques car la distance au Soleil vraie légèrement au cours de l'année).

Le plus extraordinaire est que ce disque ne soit pas comme pour la plupart des amateurs fixe sur une vis qui traverse la lentille mais soit COLLÉ sur la lentille. Le problème étant que ce disque situé au point focal (effet loupe) chauffe jusqu'à 200°C, la colle utilisée est une colle professionnelle qui résiste jusqu'à 300°C.

La première lumière eut lieu le 11 Janvier 2003 et nous avons vu quelques réalisations qui ne sont pas bien rendues avec la photo ci-contre tirée d'une animation.

Bravo au club les enfants du Soleil pour une telle réalisation!!

Sur les coronographes , un classique à consulter

LE VENT SOLAIRE ET LA RELATION SOLEIL/TERRE.

C'est de nouveau Milan Maksimovic qui conclue cette soirée spéciale Soleil avec les interactions Soleil-Terre.

Il nous explique d'abord le phénomène des taches solaires, symbole de l'activité magnétique du Soleil, et qui sont comme de petits aimants sous la surface du Soleil d'où sortent des lignes de champ.

Ces régions sont un peu plus froides que les autres, aussi apparaissent elles plus sombres.

Ces taches (sunspots en anglais) obéissent à un cycle de 11 ans visible sur ce diagramme que l'on appelle butterfly diagram (papillon)

(Merci au Dr Hathaway qui me l'a fait parvenir suite à mon dernier article sur le Soleil dans les Astronews)

On remarque clairement ce cycle de 11 ans et l'on voit aussi que l'activité solaire (liée au nombre des taches en coordonnée verticale) n'est pas constante au cours du temps.

Si on augmente l'échelle ; on remarque la mini période glaciaire qui s'est produite au temps de Louis XIV, c'est ce que l'on appelle le minimum de Maunders.

Ces taches se déplacent à la surface du Soleil et migrent vers l'Équateur comme on le voit sur la partie supérieure du diagramme butterfly.

Il existe une correspondance directe entre le nombre de taches solaires et le nombre d'aurores dans les régions polaires.

Comment se produit ce phénomène?

La couronne solaire est beaucoup plus chaude (million de degré) que la photosphère (6000 degrés); on ne sait toujours pas bien pourquoi d'ailleurs mais on pense qu'il se produit un transfert par ondes magnétiques.

La couronne est composée de plasma qui est un conducteur parfait , elle est tellement chaude qu'elle s'évapore, et créée le vent solaire (solar wind en anglais). Il ne faut pas le confondre avec la pression de radiation des photons (beaucoup plus forte) prévue pour faire naviguer des voiles solaires dans le futur.

Ce "vent" file à la vitesse de 400 à 800km/s vers la Terre qu'il atteint en quelques jours.

Il est particulièrement bien étudié par le satellite SOHO (NASA+ESA) d'étude du Soleil : voir les références de films plus bas.

Les rafales de vent solaire peuvent endommager les satellites en orbite et les communications terrestres. Ces particules s'accumulent dans les ceintures de Van Allen et provoquent aussi les aurores.

Au niveau du Soleil se produisent aussi des éruptions solaires (flares en anglais) et des éjections de masses coronales (CME en anglais) qui sont des bulles de plasma s'échappant de la surface et naviguant dans l'espace à 2000km/s.

Photo : Aurore polaire Nord du 17 Avril 1999 (NASA).

Ainsi s'achève cette soirée solaire, merci à tous.

POUR ALLER PLUS LOIN.

Sur les bases de la physique solaire :

Physique du vent solaire, présentation par l'IAG de Louvain, très clair.

Structure du Soleil par W Fondevilla, bien fait.

Sur ce site, les archives SOLEIL.

Sur les taches solaires (Sunspots) :

La Physique solaire par le Marshall Space Flight Center (MSFG), très complet

JC Boulay sur le Soleil : très clair à voir.

La magnétosphère terrestre par D Stern, un classique, existe aussi en français.

Le petit age glaciaire.

Sur les phénomènes atmosphériques et les aurores :

Secrets of the Polar Aurora par D Stern.

Les Aurores par wikipedia

Les couleurs du ciel par JPM

Space weather

Sur le rayon bleu (Blue flash)

Film sur la reconnexion magnétique et les aurores mpeg 4MB

Animations sur les aurores par le GSFC, superbes à choisir parmi divers films.

Choisis dans la collection des films et vidéos des best of de SOHO :

SOHO 10 ans dans l'espace : film mpeg de 14MB à voir ou à télécharger. Pot pourri des meilleures séquences SOHO.

Highlights from SOHO (les meilleures vues) : film mpeg de 11MB à voir ou à télécharger. Pot pourri des meilleures séquences SOHO.

Quatre planètes et les Pléiades vues par SOHO, film mpeg de 11,6MB à voir ou à télécharger.

Les taches solaires passent et sont vues par SOHO, film mpeg de 6,3MB à voir ou à télécharger.

Le soleil vu par SOHO dans l'extrême ultra violet (EIT), film mpeg de 35MB à voir ou à télécharger.

Animation de la formation des taches solaires : film mpeg de 5,9MB à voir ou à télécharger.

Animation des éjections de masse coronale (CME) quittant le soleil et pénétrant le champ magnétique terrestre avec la reconnexion magnétique créant les aurores polaires, film mpeg de 5,7MB à voir ou à télécharger.

La comète Hyakutake vue par SOHO en 1996 , film mpeg de 4,5MB à voir ou à télécharger.

La tempête du 14 Juillet 2000 vue par SOHO, un film mpeg de 9,2MB à voir ou à télécharger; impressionnant.

Bon ciel à tous

Jean Pierre Martin www.planetastronomy.com