Le Soleil

Le Soleil est une étoile parmi tant d'autres. On aurait tendance à croire qu'elle est gigantesque par rapport aux étoiles constituant notre galaxie, mais il en est tout autrement. En effet, le Soleil est une étoile moyenne et le fait qu'elle soit la plus près de la Terre lui donne cet immense dimension dans le ciel. Le Soleil est né il y a environs 5 milliards d'années sous l'effet de la gravité. Un immense nuage de gaz et de poussières est sorti de son état de stabilité et s'est mis à se contracter, formant ainsi un disque d'accrétion. Ce disque a finalement évolué en un système complet. Le système solaire venait de voir le jour avec une étoile centrale, quelques planètes telluriques et quelques planètes géantes.

Le rayon solaire est environs cent fois celui de la terre et sa masse équivaut à 330 000 planètes Terre. L'énergie radiative émise par unité de temps est appellée sa luminosité. La luminosité d'une étoile peut être exprimée comme suit:

L = 4 * (pie) * R² (sigma) * T⁴

où L est la luminosité, R, le rayon de l'étoile, sigma = 5,66956 * 10^-5 erg cm^-2 deg^-4 s^-1 et T, sa température surfacique. La structure interne du Soleil ne peut pas être sondée par les méthodes d'observation traditionnelle. Cependant, la physique nous permet de construire des modèles qui représente assez bien la réalité.

La structure interne du Soleil est assez simple. La zone centrale, ou le coeur et appelée la zone radiative solaire. La matière y est suffisament opaque que matière et radiation sont presqu'à l'équilibre thermodynamique. C'est à dire qu'un photon voyageant dans cette zone est constamment en interaction avec la matière.

Un photon émis du centre du Soleil diffuse très lentement vers la surface. Pour un simple photon voyageant en ligne droite sans interaction, son périple ne prendrais que 2 secondes. On estime qu'un photon émis du centre du Soleil prendra environs 170 000 ans à parvenir à la surface.

La zone convective solaire est une région qui occupe environs 29% du rayon solaire. Le transfert radiatif n'est plus le seul mécanisme de diffusion de l'énergie. La convection est le nouveau mécanisme qui apparaît dans cette zone. Le gradient d'opacité est élevé et la radiation n'est plus assez efficace pour assurer le transport de l'énergie. C'est ainsi que des mouvements macroscopiques de matières apparaissent. On pourrait par analogie comparer ce processus à une immense soupe bouillante où des bulles de matières chaude remontent vers la surface et inversement, des bulles plus froide retombent vers les régions internes.

Il y aura cependant autant de matière transportée vers la surface que de matière qui coulera vers le centre. Ainsi, il n'y a pas de transport net de matière, mais seulement un transport d'énergie net. On peut remarquer ce processus par l'apparition de tâches granuleuse à la surface du Soleil. Leur dimension moyenne est de l'ordre d'un millier de kilomètres et représentent des régions légèrement plus froide pour les granules sombres et des régions plus chaude pour les granules claires. Le temps de vie typique d'une granule est d'une vingtaine de minutes et les vitesses mesurées au sein de ces tâches sont de 2 km/s, soit 7200 km/h.

Parfois les vitesses atteignent des vitesses supersoniques de 7 km/s et génèrent un bruit qui agite la surface solaire. D'énormes éruptions peuvent se produirent et d'immenses jets de matières s'éjecte de la surface puis retombent. Ces filaments de matières atteignent plus de 500 000 km et suivent généralement les lignes de champs du Soleil.

Les régions externes du Soleil constituent son atmosphère, qui est caractérisée par son inhomogénéitée et peut être scindée en plusieurs couches dont les propriétés physiques diffèrent.

La photosphère est la région où la matière devient moins opaque et devient transparente. Cela correspond à la région où le libre parcour moyen des photons devient comparable à la dimension macroscopique du système. La température observée au sein de cette région est de 6000 K et son épaisseur n'est que de 700 km, soit un millième du rayon solaire.

La chromosphère est une région relativement transparente et de faible densité. Elle est difficilement observable. Son épaisseur est d'environs 2000 km et la température moyenne est de l'ordre de 15 000 K.

La couronne solaire est la région où la transition entre les couches externes du Soleil et le milieu interplanétaire se fait. Cette zone est très ténue et s'étend sur plusieurs millions de km. Une quantité importante d'énergie dans le domaine des haute fréquence est émise de la chromosphère et réchauffe la couronne à des températures de 1 a 2 millions de degrés K.