RCE 2012 soleil jp Martin



Mise à jour le 5 Novembre 2012



CONFÉRENCE "LE SOLEIL, NOTRE ÉTOILE"
Par Jean-Pierre MARTIN Physicien, membre de la SAF

Pour les RCE 2012 Cité des Sciences de Paris
Le 2 Novembre 2012 à 12H30

Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos et des animations.
La présentation complète (en ppt), est disponible sur ma liaison ftp elle s'appelle. : RCE2012-SOLEIL-JPM.zip elle est en ppt.
Elle est en ppt. La présentation est longue car elle contient beaucoup d’animations. Il faudra dézipper à l’arrivée
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.
REMARQUE : Les comptes rendus des conférences sont mis en ligne au fur et à mesure
Vous vous en apercevrez en allant voir la page du compte rendu général de temps en temps à l'index "conférences", je signalerai les mises en ligne dans la fenêtre des mises à jour du site



BREF COMPTE RENDU
Le CR sera bref car la présentation est disponible sur le Net.


La salle était bien remplie, le sujet intéressait le public.



En introduction je me suis permis de faire la promotion de notre revue, l’Astronomie avec son numéro spécial sur le Soleil.

Voici la liste des questions que nous allons aborder :

· La formation du Soleil
· La puissance du Soleil
· Le cycle du Soleil et son influence sur la Terre
· La surveillance spatiale du Soleil
· La fin du Soleil
· Le Soleil et les autres étoiles






LA NAISSANCE.

Une étoile comme notre Soleil, c’est d’abord du gaz.
Elle va naître dans un nuage de gaz qui s’effondre par action de la gravité et qui donc va se contracter sur lui-même.

Cette contraction fait tourner la nébuleuse plus vite (moment cinétique) et la modèle en disque



À partir d’un certain degré de condensation de matière, la pression et la température internes deviennent si fortes que des réactions nucléaires s’allument.
Elles produisent une pression qui a tendance à être dirigée vers l’extérieur

Mais la masse de matière constituant l’étoile créée une force de gravité qui au contraire a tendance à être dirigée vers l’intérieur

Il se crée un équilibre entre les réactions nucléaires du cœur et les forces de gravitation

Une (proto) étoile est en train de naître!




On peut voir ces disques proto planétaires (proplyds) par exemple, très nombreux dans la nébuleuse d’Orion.



LA PUISSANCE DU SOLEIL !

Énorme machine à transformer de l’Hydrogène en Hélium
Est né comme la Terre il y a approx 4,5 Milliard d’années
Est au milieu de sa vie Source de vie et de mort

Mais comment expliquer la longévité de notre Soleil, par exemple?
La réponse vient de la physique nucléaire.
En effet le Soleil transforme l'Hydrogène en Hélium et connaissant son volume et la puissance rayonnée on en déduit sa durée de vie ; une dizaine de milliards d'années. Le Soleil s'éteindra presque paisiblement.

Cette énergie nucléaire est créée au centre du Soleil (température 20 millions de °C) où les réactions de fusion ont lieu
4 protons (noyaux H) fusionnent en un noyau d’He
La différence de masse est transformée en énergie et dirigée vers la surface du Soleil : lumière et chaleur

Chaque seconde, 700 millions de tonnes d'hydrogène sont converties en hélium.
Dans le processus, 5 millions de tonnes d'énergie pure équivalente sont libérées.

Rappel sur l’énergie nucléaire.

L'énergie nucléaire peut être libérée de deux façons différentes:
· En cassant les noyaux lourds, c'est la Fission (Réacteurs nucléaires, bombe A).
· En agglutinant ensemble des noyaux légers, c'est la Fusion. (bombe H, pas encore de réacteurs opérationnels), la fusion est l'énergie des étoiles.
Cette énergie délivrée est énorme, elle correspond à la célèbre formule d'Einstein E= m c2 Elle relie masse et énergie.

Mais les énergies dont nous parlons sont immensément…petites, de nouvelles unités doivent être définies en conséquence.
C’est l’électron volt : énergie acquise par un électron sous une tension de 1 volt, d’accord, cela ne vous dit pas grand chose certainement.

En unités plus courantes , le Joule (J), (vous connaissez 1 Joule = 0,24 cal, pas les calories de la diététique celles là par abus de langage on les appellent calories mais ce sont en fait des Kilo calories)
on a 1 ev = 1,6 10^-19 J
Unité encore petite on utilise ses multiples kev = 10³ ev Mev = 10⁶ ev Gev = 10⁹ ev Tev = 10¹² ev
Un exemple pour vous montrer la petitesse de ces unités:
Une lampe de 100W qui brûle pendant 1heure correspond à une énergie de: 360.000J soit 2,2 10²⁴ ev !!!!!!!
Donc même quand on parle de Mev (Mega ev) c’est tout petit!


Revenons à l'énergie nucléaire,
Si on convertit l’énergie apportée par la fission d’UN seul atome d’Uranium 235 par exemple on trouve de l’ordre de 200Mev
Il y a 6,023 10²³ atomes dans une molécule de base de chaque corps (une mole) (nombre d’Avogadro!)
Donc il y a 6,023 10²³ atomes dans 235g d’U (une mole) soit une énergie libérée par Fission de approx 8 10¹⁰ J/g d’U, (c’est près de un million de fois de plus qu’un gr de pétrole ou comme la combustion de 250.000t de charbon) c’est l’énergie consommée par une maison en 1 mois!!!!
C'est pour cette raison qu'il est difficile de battre en rendement l'énergie nucléaire!
La fusion est encore plus prometteuse au point de vue rendement mais n'a pas encore été parfaitement maîtrisée sur Terre, c'est le rôle d'ITER d'y arriver.


La densité de matière est tellement grande au centre du Soleil que le rayonnement met approx un million d’année pour arriver à la surface! La lumière qui atteint notre oeil a été émise alors que l’Homme moderne n’existait pas encore!
De sa surface elle met encore 8minutes à nous atteindre (vitesse de la lumière : 7 fois le tour de la Terre en 1 seconde)

Le Soleil tourne sur lui même en approximativement 25 jours.

Les taches solaires sont des zones plus « froides » de la surface du Soleil (4000°C au lieu de 5500°C), elles sont créées par les forces magnétiques du Soleil


Le mystère de la couronne solaire.



Qu’est ce qui fait que les hautes couches de l’atmosphère solaire (la couronne) soient des centaines de fois plus chaudes que la surface?????
On (Hinode et SDO) est sur une piste : des jets de plasma (spicules) extrêmement chauds (plusieurs millions de degrés) chaufferaient la haute atmosphère.

Ce ne serait pas le seul phénomène, on pense que cette élévation de température serait due aussi à des ondes magnétiques, les ondes de Alfven, qui réchaufferaient le gaz extrêmement raréfié (donc plus facile à chauffer ?) de la couronne solaire
Bref on n’a pas résolu complètement ce mystère!






LE SOLEIL ET SON INFLUENCE SUR LA TERRE.

Les taches vont et viennent suivant un cycle de 11 ans en moyenne
Il y a des années avec beaucoup de taches : maximum solaire
Les périodes sans taches ont correspondu dans le passé à un mini «age glaciaire »
L’étude de la fréquence des taches est donc importante
On sait que dans l'histoire les périodes prolongées de minimum solaire (vers 1600-1700) ont correspondues à une mini période glaciaire.
C'est ce que l'on appelle le minimum de Maunder

Depuis de nombreux mois notre étoile, le Soleil, se trouve imberbe de taches.
Que se passe t il donc avec notre étoile, le minimum solaire est déjà passé depuis deux ans et l'on devrait voir un peu plus d'activité et donc de taches solaires (sunspots en anglais).
Le cycle 23 a dépassé les 11 ans (près de 13 ans), le cycle 24 (actuel) a démarré en retard!

Le soleil émet des particules dangereuses qui vont atteindre la Terre
Notre champ magnétique nous en protège
Cela provoque les aurores

Le vent solaire (solar wind) est un flot de particules (protons essentiellement, électrons noyaux d'hélium) s'échappant de la couronne solaire (plasma de plusieurs millions de degrés) à très grande vitesse (dépassent leur vitesse de libération d'après Parker) de l'ordre de 400km/s.. Il atteint la Terre en 4 à 5 jours. Ce vent baigne tout le système solaire de façon spiralée (comme un jet d'eau sortant d'un tourniquet d'arrosage) ceci est dû à la rotation du soleil.
Le flux de particules chargées (bulles de plasma) émis par les éjections de matière coronale (CME) est propagé dans tout l’espace
Il se superpose au vent solaire




Et sur le climat en général ?

La position Terre-Soleil, l’inclinaison de notre planète ainsi que la variation lente de cet axe induisent des perturbations climatiques sur une grande échelle de temps.
Périodes glaciaires et inter glaciaires se succèdent; actuellement nous sommes dans une période inter glaciaire.
Les gaz à effet de serre (CO2 mais surtout méthane (les vaches!!)) ont plus d’importance à l’échelle séculaire que le Soleil.
En effet le forçage solaire est de l’ordre de +0,3 W/m2 alors que celui de l’effet de serre est de 2W/m2 (sur 1300W/m2 en moyenne)


LA SURVEILLANCE SPATIALE DU SOLEIL.


De nombreux satellites sont entièrement dédiés à l’étude de notre étoile. Les principaux sont :
· Ulysse qui est en orbite polaire autour du Soleil (ESA)
· SOHO notre avant poste solaire (ESA/NASA)
· Hinode (Japon)
· IBEX (NASA)
· STEREO (NASA)
· SDO (NASA)
· Et bien entendu nos messagers du bout du monde : les Pioneer et les Voyager.



LA FIN DU SOLEIL.

Le Soleil est né il y a approximativement 4,5 milliards d’années
Il est en milieu de vie
Quand il aura consommé tout son Hydrogène, dans 5 milliards d’années
Il s’éteindra lentement en gonflant (géante rouge) puis explosera (nébuleuse planétaire)
Les terriens auront quitté la Terre j’espère
Il ne restera qu’une mini étoile au centre : une naine blanche

Mais avant que notre étoile n’explose, sa brillance (son irradiance comme on dit) va augmenter de 1% tous les 100 millions d’années, si bien que dans 1 milliard d’années : la Terre sera complètement brûlée et nous avec
De toutes façons, après, la taille du Soleil va augmenter considérablement :
Tout va se vaporiser


LE SOLEIL ET LES ÉTOILES.


Les étoiles sont comme les êtres vivants, elles naissent , elles vivent et elles meurent
L’échelle de temps n’est pas la même, notre Soleil par exemple peut vivre 10 milliards d’années

La vie (et la mort) des étoiles dépend de leur taille (de leur masse)
Les différents types d'étoiles.
Une mort en beauté : les nébuleuses planétaires; une mort explosive : les super novæ. Le trou noir au centre de notre galaxie.


J’ai publié une présentation générale sur la vie et le mort des étoiles aux RCE 2010, s’y reporter pour plus de détails.








POUR ALLER PLUS LOIN :

Le secret des étoiles CR de la conf IAP de JP Zahn

L’effet du soleil sur le climat .





Bon ciel à tous




Jean Pierre Martin commission de cosmologie de la SAF
www.planetastronomy.com
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