Un photon né au cœur du Soleil peut mettre jusqu'à 170.000 ans à se frayer un chemin jusqu'à la surface. Un neutrino né dans la même réaction de fusion, au même instant exact, fait le même trajet en 2,3 secondes. Cet écart révèle bien plus sur ce que le Soleil est réellement – un réacteur dense et turbulent, non une simple boule de feu – que presque n'importe quel autre fait à ce sujet.
Le Soleil est l'étoile au centre du Système solaire, la source essentiellement de toute la lumière, la chaleur et l'énergie qui rendent la vie possible sur Terre. Il est suffisamment proche pour être étudié en détail et assez ordinaire, pour les étoiles, pour nous enseigner sur les milliards d'autres que nous ne visiterons jamais.
Cette combinaison de familiarité et d'étrangeté le rend digne d'un regard plus attentif. Sa surface est des millions de degrés plus froide que la fine atmosphère au-dessus d'elle, sa forme est plus proche d'une sphère parfaite que n'importe quoi d'autre jamais mesuré, et les engins spatiaux n'ont pu volar à travers son bord extérieur et survivre pour rapporter que récemment.
Une Sphère Plus Ronde Que Quoi que Ce Soit d''Autre que Nous Ayons Mesuré
Le Soleil est énorme selon n'importe quel standard humain – son diamètre est d'environ 1.391.400 km, environ 109 fois celui de la Terre, ce qui en fait l'objet le plus grand et le plus massif du Système solaire. Il représente à lui seul environ 99,86% de la masse totale du Système solaire ; tout le reste, de Jupiter au plus petit astéroïde, est ce qui reste. Pour mettre l'écart de masse en termes humains, il faudrait plus de 330.000 Terres pour équilibrer le Soleil sur une balance, et 1,3 million de Terres pour remplir son volume.
Malgré cette masse, le Soleil est remarquablement proche d'une sphère parfaite. Les mesures satellites ont trouvé son aplatissement – à quel point il se renflait à l'équateur par rapport à son aplatissement aux pôles – à seulement environ 8 millionièmes. Cela le rend, par cette mesure, l'objet naturel le plus proche d'une sphère parfaite jamais observé. Pour un objet composé entièrement de plasma turbulent sans surface rigide pour maintenir sa forme, cette précision est inattendue ; elle implique que la gravité du Soleil domine complètement sa dynamique interne au point que même la rotation rapide le distord à peine.
En parlant de rotation, le Soleil ne tourne pas comme une planète solide. Mesuré par rapport aux étoiles de fond, sa période de rotation est d'environ 25,6 jours à l'équateur mais 33,5 jours aux pôles – une différence appelée rotation différentielle, possible uniquement parce que le Soleil est fluide partout plutôt qu'un corps rigide.
Un Noyau Assez Chaud pour Fusionner des Atomes, une Surface Froide en Comparaison
Au centre du Soleil, les températures atteignent près de 15,7 millions de kelvins et les densités montent à 150 g/cm³ – environ 150 fois la densité de l'eau liquide – des conditions suffisamment extrêmes pour soutenir la fusion nucléaire. Cette fusion est ce qui fait briller le Soleil, mais l'énergie qu'elle libère ne voyage pas directement vers l'extérieur. Elle est absorbée et réémise à plusieurs reprises par le plasma environnant, un processus si lent que le délai de photon jusqu'à 170.000 ans décrit ci-dessus est une conséquence directe de la compression complète de l'intérieur du Soleil.
Le processus de fusion dominant est la chaîne proton-proton, mais un processus secondaire appelé cycle CNO fournit actuellement environ 0,8% de l'énergie du Soleil – une petite fraction aujourd'hui, mais une que les astronomes s'attendent à augmenter à mesure que le Soleil vieillit et s'illumine au cours de milliards d'années. Quand l'énergie générée par cette fusion atteint finalement la surface, la température a énormément chuté : la surface du Soleil, ou photosphère, est à seulement environ 5800 K, une fraction de la température du noyau.
Cette chute abrupte du noyau à la surface pose l'énigme suivante, car l'atmosphère au-dessus de la surface inverse complètement la tendance.
Une Atmosphère qui Devient Plus Chaude Plus Loin Vous Allez
Immédiatement au-dessus de la photosphère de 5800 K se trouve la couronne, l'atmosphère externe du Soleil – et elle est dramatiquement plus chaude, non pas plus froide. La couronne est en moyenne 1.000.000 à 2.000.000 K, et ses régions les plus chaudes atteignent 8.000.000 à 20.000.000 K. Il n'existe encore aucune théorie complète expliquant pourquoi la couronne est tellement plus chaude que la surface sur laquelle elle repose, bien que la reconnexion magnétique soit connue pour fournir au moins une partie de la chaleur. Elle reste l'une des questions ouvertes les plus tenaces du Soleil.
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L'étude de la couronne de près n'est devenue possible que récemment. En avril 2021, la Parker Solar Probe de la NASA est devenue le premier engin spatial à voler à travers, traversant la couronne à des distances héliocentriques de 16 à 20 rayons solaires et survivant à des conditions auxquelles aucune mission antérieure n'avait été construite pour résister. Atteindre cette limite a pris plus de six décennies d'histoire des vols spatiaux – un rappel de la dangerosité de l'environnement immédiatement autour de notre propre étoile.
La couronne n'est pas non plus confinée près du Soleil. S'écoulant vers l'extérieur, elle devient le vent solaire, qui voyage à travers l'ensemble du Système solaire jusqu'à ce qu'il frappe l'héliosphère à plus de 50 au (7,5 milliards de km) du Soleil. Voyager 1 a traversé cette frontière dans l'espace interstellaire le 25 août 2012, à environ 122 au (18,3 milliards de km) – preuve que l'influence du Soleil s'étend bien au-delà des planètes avant de céder finalement le reste de la galaxie.
Assez Brillant pour Surpasser Toutes les Autres Étoiles Combinées
Vue de la Terre, le Soleil a une magnitude apparente de -26,74, ce qui en fait de loin l'objet le plus lumineux du ciel. Ce nombre se traduit par près de 13 milliards de fois plus brillant que Sirius, la prochaine étoile la plus brillante, qui a une magnitude apparente de -1,46. L'écart est vraiment une question de distance, non de puissance brute : le Soleil n'est qu'à environ 93 millions de miles (150 millions de kilomètres) de la Terre, tandis que toutes les autres étoiles sont à des milliards de miles de distance – suffisamment proche pour que sa lumière surpasse tous les autres points du ciel nocturne combinés.
Taches Solaires, Éruptions et Protubérances : La Météo du Soleil
La surface du Soleil n'est pas statique. Les taches solaires – des taches plus froid et sombres causées par des champs magnétiques concentrés – ont des températures centrales d'environ 3.000 à 4.500 K par rapport à une photosphère environnante d'environ 5.780 K, et varient énormément en taille, de 16 km jusqu'à 160.000 km de diamètre. Leur nombre augmente et diminue selon un cycle solaire de 11 ans, ce qui fait des comptages de taches solaires l'un des indicateurs d'activité solaire les plus anciens et continuellement suivis.
Plus violentes sont les éruptions solaires, des libérations soudaines d'énergie magnétique classées par leur luminosité en rayons X sur une échelle alphabétique. Les éruptions graves de classe X10 se produisent environ huit fois tous les 11 ans, tandis que les petites éruptions de classe M1 se produisent environ 2.000 fois dans le même laps – un rappel brutal que les éruptions les plus extrêmes du Soleil sont rares précisément parce qu'elles sont extrêmes. Les éruptions ont été identifiées pour la première fois en 1859, quand les astronomes Richard Carrington et Richard Hodgson ont observé indépendamment une en projetant l'image du Soleil à travers un télescope, des décennies avant que quiconque ne comprenne ce qu'un champ magnétique du Soleil signifiait.
Les protubérances solaires sont plus calmes mais visuellement frappantes : des boucles de plasma relativement frais ancrées à la surface et s'arquant dans la couronne. Comme la couronne elle-même, elles sont normalement trop faibles pour être vues contre le rayonnement du Soleil et ne deviennent visibles à l'œil nu que lors d'une éclipse solaire totale. La plus grande protubérance jamais enregistrée s'étendait sur plus de 800.000 km – environ la longueur d'un rayon solaire – s'arquant d'une étoile qui, à l'échelle de la galaxie, est d'une taille assez ordinaire.
Une Étoile en Mouvement
Le Soleil et tout son système planétaire ne sont pas immobiles. Le Système solaire se déplace à travers la Voie lactée à une vitesse moyenne de 450.000 miles par heure (720.000 km/h) – assez rapide pour traverser les États-Unis continentaux en moins de 30 secondes. Pourtant, même à cette vitesse, une orbite complète de la galaxie prend environ 230 millions d'années, une période si longue que le Soleil n'a complété que environ 20 telles orbites depuis sa formation. L'échelle est relative : une étoile qui surpasse tout le reste de notre ciel de milliards de fois est, du point de vue de la Voie lactée, juste une lumière sur un manège qui se déplace très lentement.