Photographies du vivant - Le soleil

Ce qui suit n'a pas vocation à donner une définition exhaustive et complète de ce que sont les étoiles. Si votre curiosité vous pousse à vouloir mieux comprendre comment elles naissent, vivent et meurent, je ne peux que vous encourager à consulter des ouvrages et des encyclopédies qui traitent de ce sujet extrêmement passionnant.

Prenant ses origines dans la culture sumérienne, la mythologie grecque antique place Hélios comme dieu du soleil personnifié.

Et bien qu'Il n'occupe qu'une place mineure parmi les dieux grecs, il est une figure importante dans la littérature et la poésie de cette époque.

Souvent décrit comme le fils des Titans Hypérion et Théia, frère de Séléné (la lune) et de Eos (l'aurore), son culte devient plus présent vers la fin de l'antiquité grâce à son assimilation avec les divinités solaire de la mythologie romaine.

Dans l'antiquité, est née l'idée d'une cosmologie basée sur un système géocentrique : la terre est au centre de l'univers, entourée de sphères parfaites supportant les autres astres connus à l'époque (le soleil, la lune, mercure, vénus, mars, jupiter, saturne, les étoiles). Ptolémée, au II ème siècle, améliore le système pour le rendre plus conforme à ses observations.

A peu de choses prêt, en occident, cette conception du monde est restée  la norme  jusqu'au XVI ème siècle.

Au tout début du XVI ème siècle, Nicolas Copernic, humaniste et astronome polonais, s'appuyant sur les données d'observations disponibles à l'époque & notamment celles des Arabes, mathématiciens et astronomes reconnus, imagina une représentation héliocentrique du système solaire (soleil au centre et planètes orbitant autour de lui, lune orbitant autour de la terre. Le soleil est le centre de l'univers).

Néanmoins, n'ayant pas abandonné l'idée d'orbites parfaitement circulaires pour les planètes, conception chère aux Grecs anciens, il ne pu mettre en évidence ses dires par les mathématiques.

Ses recherches restèrent cependant secrètes, la rigidité dogmatique du clergé faisant barrière car pour l'église la mobilité de la terre autour du soleil n'était pas chose envisageable.

Il fit circuler dans un cercle très fermé de penseurs de l'époque un manuscrit illustrant la conclusion de ses travaux. Son ouvrage traitant de l'héliocentrisme ne fut publié qu'en 1556, 13 ans après sa mort.

Ce fut Johannes Keppler qui un siècle plus tard déduisit, en s'aidant des travaux de Copernic, que les planètes effectuent des révolutions elliptiques et non circulaires. Les travaux de Copernic prirent alors tout leur sens.

Bien entendu comme tout le monde sait, le soleil se lève à l'Est. Dans l'hémisphère nord, en regardant le Sud, ce point cardinal se trouve à gauche de l'observateur. 

En France, le soleil passe au méridien, son point le plus élevé, à 13h00 heure locale d'hiver et à 14h00 heure locale d'été et se couche à l'ouest se trouvant à droite pour un observateur qui regarde en direction du sud. 

Dans notre galaxie, la voie lactée, où vivent, gravitent & cohabitent plus de 100 milliards d'étoiles, le soleil est une étoile bien ordinaire, de taille plutôt petite. Elle est classée parmi les naines jaunes.

En fonction de leur masse et de leur état évolutif, les étoiles peuvent être classées en familles dans un diagramme de Hertzsprung-Russell : la séquence principale, les branches des géantes, les étoiles de Wolf-Rayet, la branche des naines blanches, etc.

Les étoiles de la séquence principale, dont le soleil est un représentant, sont des corps plasmatiques qui rayonnent leur propre énergie et leur lumière par conversion de l'hydrogène principalement en hélium dans leur cœur.

C'est là que ce produisent, par des conditions de température et de pression, des mécanismes de fusion nucléaire appelés nucléosynthèse comme le cycle proton-proton lorsque la température interne atteint 7 à 8 millions de degrés ou carbone-azote-oxygène lorsque cette température atteint plus de 15 millions de degrés. La proportion entre ces deux cycles varie en fonction de la masse des étoiles. Pour le soleil, 2,5 % de son énergie sont générés par le cycle carbone-azote-oxygène. 

Les masses possibles des étoiles de la séquence principale s'étendent de 0,085 masse solaire à une centaine de masses solaires. La masse détermine la température, la luminosité et la classe spectrale des étoiles. 

C'est au cours de ce cycle de leur évolution dont la durée varie de quelques millions d'années à approximativement 12 milliards d'années que les étoiles sont le plus stables. 

Paradoxalement, plus une étoile est massive, plus elle consomme rapidement son "carburant d'hydrogène", du fait que sa température intérieure est proportionnellement plus élevée que sa masse est importante. 

Le soleil âgé de 4,6 milliards d'années est classé parmi les naines jaunes. Il a de  par sa masse relativement faible une durée de cycle principal de 10 milliards d'années.

Vers la fin de ce processus, lorsque les étoiles ont converti en hélium une proportion variable de l'hydrogène présent dans leur cœur, 10% pour le soleil, elles augmentent de diamètre d'autant plus que ce processus progresse. 

Les étoiles de moins de 6 masses solaires représentent 90 % de cette séquence. A la fin du cycle hydrogène, devenues géantes rouges, leurs noyaux se contractent et les couches extérieures sont expulsées dans l'espace.

Elles deviennent nébuleuses planétaires, de l'exemple de la nébuleuse planétaire dans la constellation de la Lyre

Le cœur de l'ex-étoile, sa partie la plus dense constituée de fer et d'éléments moins lourds passe au stade de ce que l'on appelle naine blanche. Elle continue à rayonner. Sa température de surface avoisinant les 100.000 °C diminue très lentement jusqu'à devenir naine brune. La densité volumique d'une telle étoile est de 1 tonne par cm3 de matière et son volume est approximativement celui de la terre.

Les étoiles entre 7 & 40 masses solaires représentent 9,9 % de la totalité des étoiles. Arrivées en fin de cycle hydrogène, elles grossissent et deviennent des étoiles géantes puis finissent en supernova expulsant une grande partie de leur matière. Ce qui en subsiste est un noyau extrêmement dense appelé étoile à neutrons. La densité volumétrique d'une telle étoile oscille autour de 100 milliards de tonnes par cm3 de matière et son volume est réduit à une sphère de 20 à 40 km de diamètre. La matière éjectée forme une nébuleuse en expansion qui se disperse progressivement dans l'univers.

 Les étoiles dont la masse dépasse 40 masses solaires, soit les 0,1 % dans la séquence principale du diagramme de Hertzsprung-Russell, finissent leur existence en hypernova. Comme pour les étoiles de masse inférieure leurs enveloppes externes sont expulsées dans l'univers. Ne subsiste qu'un noyau minuscule à la densité si extrême qu'il devient ce que l'on appelle un trou noir.

Expulsant ainsi des centaines de milliards de milliards de tonnes de matériaux, résultats de la nucléosynthèse, toutes ces étoiles  participent à l'évolution du cosmos en apportant leur contribution de briques en enrichissants  les gaz interstellaire servant à la constitution d'autres étoiles à naître. Ce cycle est l'un des stades de l'évolution de la matière.

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Dans son sillage autour du centre galactique, le soleil entraîne une ribambelle d'astéroïdes, de comètes et une multitude de corps célestes, de planétésimales, de planètes naines et de 8 planètes dont la terre.

Tous ces corps, dans leur grande majorité, sont nés du magma de la proto-étoile en formation il y a un peu plus de 4,6 milliards d'années.

A lui seul, le soleil représente 99,8% de la masse totale du système solaire. Son diamètre moyen est de 1.392.684 km et on pourrait ranger dans son volume 1.300.000 fois le volume de la terre.

Autant dire, en comparaison, que si le soleil était de la taille d'un ballon de basket, la terre à côté serait bien plus petite qu'une tête d'épingle.

Constitué en grande partie de gaz, le soleil ne pèse cependant que 333.420 fois autant que notre bonne vielle planète.

Il est le jeu d'une rotation propre et différentielle selon les latitudes en raison de sa composition de surface gazeuse.

A l'équateur il fait une rotation complète en 25 jours  et aux pôles en 34 jours. Son noyau très dense fait une révolution tous les 7 jours. Ces différentiels créés un puissant champ magnétique solaire.

La température qui règne à sa surface visible appelée photosphère est de 5500°C. Au-dessus, dans la chromosphère, la température augmente passant à plus de 100.000 °C, puis progressivement à près de 5 millions de °C dans son atmosphère supérieure appelée couronne. En son centre, au cœur de la fusion nucléaire, la température vacille autour de 15 millions de °C.

 Si la densité moyenne du soleil est à peine deux fois celle de l'eau, celle de son noyau se situe autour de 115 kg par dm3 soit environ 10 fois celle du plomb (11,3 Kg/dm3).

Constitué principalement d'hydrogène, le soleil, en son centre, est un colossal réacteur nucléaire dans lequel les noyaux d'hydrogènes fusionnent en une réaction en chaîne continue produisant des noyaux d'hélium. Cette fusion entraîne une légère perte de sa masse convertie en énergie, pour moitié sous forme de particules (neutrinos) et pour moitié sous forme de lumière.

Cette lumière ainsi libérée met approximativement 100.000 ans pour franchir les 700.000 km qui la séparent de le photosphère pour ensuite mettre 8 minutes et 19 secondes pour parcourir les 149 millions de km qui séparent la terre de notre astre de vie à la vitesse vertigineuse de 299.800 Km par seconde. 

L'activité solaire n'est pas régulière, elle obéit à un cycle de 11 ans avec à son maximum une multitude de tâches sombres à la surface de la photosphère. La couleur noire de ces taches correspond à une différence de température de l'ordre de 1500°C par rapport au reste de la photosphère.

Cette différence d'activité influence entre autres événements, la météorologie terrestre.

Actuellement, en 2023, l'activité solaire est en augmentant.

La distance moyenne terre/soleil est utilisée comme unité de mesure dans le système solaire.

Elle est appelée Unité Astronomique (UA).

Le système solaire ne se limite pas seulement aux planètes les plus connues du grand public que sont Mercure, Vénus, la Terre bien sûr, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et leurs lunes respectives.

Une multitude d'autres corps composent ce système dont la limite est caractérisée par l'influence gravitationnelle du soleil.

A commencer par les astéroïdes composés de roches et de métaux, dont le nombre actuellement connu avoisine les 750.000. Ces corps célestes aux orbites stables croisent dans la "ceinture principale d'astéroïdes" située entre Mars et Jupiter et dans deux "réservoirs" où ils sont appelés " astéroïdes Troyens" situés de façon équidistantes de part et d'autre de la planète Jupiter et voguant sur la même orbite.

Au-delà de l'orbite de Neptune, croisent une multitude de corps (entre 50 et 200 fois plus que dans la ceinture d'astéroïdes). Composés principalement d'eau gelée, de méthane et d'ammoniaque, ils n'ont pas évolués depuis la formation du système solaire. Ils se trouvent au sein de la "ceinture de Kuiper" distante de 30 à 55 UA du soleil. Habituellement ces corps naviguent sur des orbites stables pour de très longues périodes. 

Situés entre 35 et 100 UA le "Disque des objets éparses" contient des objets similaires à ceux de le ceinture de Kuiper. Cependant leur orbite est beaucoup plus mobile que ces derniers. Certains de ces corps déstabilisés par la présence de Neptune peuvent se trouver éjectés de leur trajectoire et devenir comètes à l'approche du soleil ou être propulsés vers des régions plus lointaines du système solaire.

Bien au-delà, entre 20.000 et 30.000 UA, croisent des corps glacés appelés "noyaux cométaires" au sein du "nuage d'Oort". Leur nombre est estimés à plusieurs centaines de millions. 

Les planètes naines, les planétésimales, quant à elles, sont répartis dans la ceinture d'astéroïde (Cérès, Juno, Pallas, Héros, Hidalgo), le nuage de Kuiper (Pluton, Makémaké, Hauméa), le disque des objets éparses (Eris, Gonggong) ont toutes plus de 1000 km de diamètre.

Des centaines d'autres dont le diamètre oscille entre 100 et 1000 km sont également répertoriées.

Aux derniers échos, la zone d'influence gravitationnelle du soleil irait jusqu'à cette distance approximative incroyable de 1 Année Lumière (AL, autre unité de distance astronomique, correspondant à la distance que parcours la lumière en 1 an), soit 63.241 UA, soit 9.460.731.798.000 km.

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Rien ne dure éternellement. Les étoiles comme toute chose, naissent, vivent et meurent.

La durée de vie d'une étoile, ainsi que sa manière de mourir dépendent de sa masse. 

Notre soleil, étoile "sage et tranquille" pour laquelle l'activité dans sa phase principale est estimée à 10 milliards d'années en est à peine à la moitié avec 4,6 Ma. 

Ce qui laisse encore beaucoup, beaucoup de temps à la terre d'avoir sa place au soleil !!

Sources d'inspiration principale du texte :

• Wikipédia
• L'Univers en 100 questions - Jean-Pierre Luminet
• Ciel & Espace, revue de vulgarisation
• Encyclopédie "Astronomie" éditions Atlas