La Sag’Astrale – Épisode 2 : Dans les entrailles de notre étoile

Après avoir abordé la question de la naissance de l’Univers et du Système Solaire, la Sag’Astrale continue son chemin pour atteindre le Soleil. Dans une première partie nous allons voyager à l’intérieur de notre étoile et le mois prochain, nous découvrirons ce qu’il se passe autour du Soleil !

Situé au centre du Système Solaire, le Soleil est une étoile. Les étoiles sont d’énormes boules de gaz qui brûle ce qui émet de l’énergie que l’on reçoit sous forme de lumière et chaleur (vous imaginez bien que cette explication est très simplifiée). Le Soleil est composé à 74% d’hydrogène, 24% d’hélium et d’une fraction d’autres éléments. Sa masse est telle qu’il représente 99,8% de la masse du Système Solaire (Jupiter les deux tiers du reste !). Il s’est formé il y a 4,5 milliards d’années et devrait encore vivre 4 milliards d’années. Soit au total, sa vie devrait durer entre 8 et 10 milliards d’années. Selon la classification stellaire, le Soleil est une NAINE jaune. Alors oui, vous allez me dire qu’il est gigantesque. Vous avez bien raison , mais seulement si on le compare à la Terre. On peut mettre plus d’un million de fois la Terre dans le Soleil ! Et son diamètre est 109 fois plus grand que celui de notre planète ! Mais si on le compare aux autres étoiles, il reste très petit. Par exemple Antares (dans la Constellation du Scorpion) et Betelgeuse (dans la Constellation d’Orion), qui ne sont pas les plus grandes étoiles, sont 700 et 1000 fois plus grande que le Soleil ! C’est pour dire ! Nous sommes réellement MINUSCULES dans l’Univers. La plus grande étoile connue à ce jour est UY Scutti (dans la Constellation de l’Ecu de Sobieski) qui est 1700 fois plus grande que le Soleil. Pour vous aidez à visualiser, si elle était à la place du Soleil, son diamètre atteindrait l’orbite de Saturne.

Cette courte vidéo permet de se rendre compte de l’immensité de l’Univers et de notre petitesse face à tous ces astres.

Ces étoiles, nous pouvons les voir la nuit, elles semblent minuscules et inoffensives, mais cela est seulement dû à leurs positions extrêmement éloignées de la Terre. Imaginez l’énergie qu’elles dégagent en sachant la puissance de notre petit Soleil !

Toutes les étoiles, petites, moyennes, grandes suivent un cycle. Selon leur taille et leur masse, elles vont évoluer différemment. Mais en observant, en étudiant différentes étoiles dans le ciel (et il y a de quoi faire), les astrophysiciens ont pu classer les étoiles. C’est ainsi que le Soleil a été défini comme une naine jaune.

Cycle de vie d’une naine jaune

Formé il y a 4,5 milliards d’année au cœur d’une nébuleuse, le Soleil coule une vie paisible (enfin en apparence), et ce pour encore quelques milliards d’années. Mais au cours de leur vie, les étoiles grandissent. Depuis sa formation, la taille du Soleil n’a que sensiblement évolué. Lorsqu’il atteindra l’âge de 8 milliards d’années, sa croissance va s’accélérer. Au terme de sa vie, on estime que le Soleil sera tellement gros que son diamètre pourrait atteindre l’orbite de la Terre. À ce stade, le Soleil deviendra un autre type d’étoile: une géante rouge. Sa température va s’échauffer, la Terre ne sera plus rien. Il va finir par imploser (sorte d’explosion à l’intérieur du Soleil, définition trèèèèèèèès simplifiée) pour devenir une naine blanche.

Ainsi, toutes les étoiles de type naine jaune, au cours de leur vie, deviennent des géantes rouges puis implosent pour devenir des naines blanches, toutes petites.

Maintenant que vous en savez plus sur le passé et l’avenir du soleil, intéressons-nous au présent !

Le Soleil est une machine nucléaire. Composé en grande majorité d’hydrogène et un peu d’hélium, l’énergie (lumière et chaleur que l’on reçoit sur la Terre) qu’il émet est le résultat d’intenses réactions nucléaires en son cœur. La composition chimique du Soleil n’est pas stable (eh oui, on parle de réactions nucléaires) c’est pourquoi il évolue dans le temps. Suite à de nombreux modèles et théories (calculées, imaginées, mesurées et discutées…), les scientifiques ont réussi à définir la structure interne du Soleil. Il ressemble à un (très gros) oignon, avec plusieurs couches ! Dans ses entrailles on trouve : un cœur (ou noyau) en profondeur, une zone intermédiaire et une zone supérieure. Puis autour de lui on peut voir : la surface, une basse atmosphère et une haute atmosphère. Dans cet épisode de la Sag’Astrale, nous allons seulement nous intéresser aux couches à l’intérieur du Soleil, nous verrons l’extérieur au prochain épisode !

Structure interne et externe du Soleil

Plus haut, le Soleil a été défini comme une boule de gaz mais en réalité, c’est une boule de plasma. Le plasma est un état de la matière (comme solide, liquide, gazeux) où les atomes sont si énergétiques qu’ils ne sont plus liés à leurs électrons : les électrons sont tous libres. Le Soleil est donc une soupe de noyaux baignant dans leurs électrons. Maintenant que vous savez tout, nous pouvons passer aux choses sérieuses. Allons voir d’un peu plus près les différentes couches qui composent le Soleil et les naines jaunes en général.

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Petit rappel : atomes, électrons, protons…

Schéma d’un atome et schéma des atomes d’hydrogène et d’hélium

Un élément chimique tel que l’hydrogène, l’oxygène, le fer, l’or, etc… est structuré en atome. Un atome est composé d’un noyau avec des protons (particules positives) et neutrons, et autour gravitent des électrons (particules négatives). Chaque élément chimique possède un nombre d’électrons, protons et neutrons propre à lui (sachant qu’il y a toujours autant de protons que d’électrons).

Schéma des atomes d’hydrogène et d’hélium

L’hydrogène par exemple est l’élément chimique le plus léger de l’Univers, il ne possède qu’un proton (et donc un électron) ! L’hélium lui possède deux protons (donc deux électrons) et deux neutrons. Les scientifiques ont classé les éléments chimiques selon leur nombre de protons (ou numéro atomique). L’hydrogène est donc le premier élément. Les éléments sont regroupés dans ce que l’on appelle le tableau périodique ou tableau de Mendeleïev.

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Le noyau, en plein cœur du Soleil

C’est ici qu’est produite tout l’énergie du Soleil, elle traversera ensuite jusqu’à sa surface, puis l’espace interplanétaire. Au centre des étoiles la pression et la densité du plasma sont inimaginablement élevées, les particules sont très proches les unes des autres. Si proche, en fait, qu’il leur arrive de fusionner, on appelle ça la fusion nucléaire (ou thermonucléaire) ! Ces réactions libèrent une telle énergie que la température au cœur du Soleil atteint 15 millions de degrés Celsius. Oui oui, 15 millions… Et puisque tout corps chaud (en l’occurrence ici très très trèèèèès chaud) émet un rayonnement (comme la lumière, la chaleur,) nous observons le Soleil lumineux et chaud ! Maintenant vous savez (presque) pourquoi le Soleil brille et nous apporte chaleur et bonheur. Cependant pour le bien de vos neurones, de votre compréhension et surtout de votre santé mentale, nous détaillerons la fusion nucléaire, à l’origine de toute cette énergie, dans un prochain épisode.

La zone intermédiaire, dite radiative

Ce n’est pas une zone très animée, c’est une zone de rayonnement. L’énergie générée au sein du noyau va essayer de s’échapper sous forme de lumière vers la surface du Soleil. Pour rappel la lumière est transportée par les photons. Pour cela il va falloir traverser une zone extrêmement dense (qui représente 98 % de la masse du Soleil) et désorganisée, composée de plasma. Cette fameuse soupe de particules, d’électrons et noyaux qui sont très mal rangés etr très nombreux. La petite anecdote raconte qu’en réalité, la lumière que nous recevons sur Terre n’a pas seulement voyagé 8 minutes pour arriver sur Terre, mais elle aurait traversé la zone radiative du Soleil pendant 1 million d’années avant de pouvoir atteindre la surface du Soleil. Voyage au cours duquel les photons, essaient de se frayer un chemin au milieu du plasma tout en perdant de l’énergie. Ainsi, la lumière que nous recevons sur Terre a été générée il y a 1 million d’années et 8 minutes !

La zone supérieure, dite convective

Imaginez cette zone comme une casserole d’eau bouillante. Dans le Soleil, de quelques milliers de kilomètres jusqu’à la surface, le plasma est en mouvement, il forme de gigantesques boucles que l’on appelle boucles de convection. Prenons donc l’exemple de la casserole d’eau qui bout. L’eau, ou toute substance chaude, est moins dense, plus « légère » que lorsqu’elle est froide. L’eau dans la casserole est chauffée par le fond ce qui modifie sa densité, elle devient moins dense et remonte à la surface. Au contact de l’air, qui est plus froid, elle va se refroidir et se densifier. L’eau va redescendre au fond de la casserole, se réchauffer, remonter, puis se refroidir, redescendre, etc. Ce phénomène s’appelle la convection. On l’observe dans différents environnements tels que dans l’atmosphère où les masses d’air chaud sont à plus haute altitude que les masses d’air froid. Dans les océans il y a des boucles de convection (que les masses d’eau mettent des milliers d’années à compléter). À l’intérieur de la Terre, les roches en fusion sont également en convection. Ces boucles de plasma vont permettre au Soleil d’évacuer la chaleur, l’énergie qu’il a accumulé depuis le noyau.

Les lampes à lave illustrent parfaitement le phénomène de convection !

Schéma récapitulatif des différentes couches du Soleil. On peut observer la trajectoire des photons (plus généralement de l’énergie) dans la zone radiative puis les boucles de convections dans la zone convective.

Voilà, maintenant vous connaissez presque tous des entrailles du Soleil, on se voit au prochain épisode pour continuer le voyage autour de cet astre plus qu’intriguant.

Julia

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