Soleil

Identité et caractéristiques générales

Le Soleil est une étoile naine jaune et la seule étoile du système solaire. Il est âgé d’environ 4,5 milliards d’années et est composé principalement d’hydrogène et d’hélium. Vu depuis la Terre, il semble être une source stable de lumière et de chaleur, mais c’est une étoile dynamique qui change et émet de l’énergie dans l’espace. L’héliophysique — l’étude du Soleil et de son influence dans le système solaire — examine ces processus.

C’est l’objet le plus grand du système solaire : son diamètre mesure environ 1,4 million de kilomètres et son rayon quelque 700 000 kilomètres. Sa masse équivaut à plus de 330 000 fois celle de la Terre et représente près de 99,8 % de la masse du système solaire. Il se trouve à environ 150 millions de kilomètres de la Terre. La gravité solaire maintient le système uni et fait tourner autour de lui les planètes, les astéroïdes, les comètes et d’autres corps.

Formation et évolution

Le Soleil s’est formé il y a environ 4,6 milliards d’années à partir d’un grand nuage tournant de gaz et de poussière, la nébuleuse solaire. En se contractant sous l’effet de sa propre gravité, le nuage a tourné plus vite et s’est aplati pour former un disque. La majeure partie de la matière s’est concentrée au centre et a donné naissance au Soleil ; une grande partie de la matière restante a formé les planètes et les autres objets qui orbitent aujourd’hui autour de l’étoile. Le vent solaire précoce a expulsé une partie du gaz et de la poussière restants.

Dans le noyau, la pression et la température permettent à l’hydrogène de fusionner pour former de l’hélium. Ces réactions nucléaires produisent l’énergie qui alimente la lumière et la chaleur solaires. Selon les estimations citées, le Soleil a parcouru un peu moins de la moitié de sa durée de vie : dans environ 5 milliards d’années, il épuisera son énergie, se dilatera jusqu’à devenir une géante rouge et finira par devenir une naine blanche. En se dilatant, il pourrait engloutir Mercure et Vénus, et peut-être aussi la Terre.

Structure et activité

Le Soleil est une sphère de plasma — un gaz très chaud contenant des particules électriquement chargées — et non un corps solide. Ses régions internes sont le noyau, la zone radiative et la zone convective. Dans le noyau, la température dépasse 15 millions de degrés Celsius. L’énergie se déplace vers l’extérieur par rayonnement et, dans la zone convective, de grandes bulles de plasma chaud montent vers les couches externes.

La région que nous voyons depuis la Terre est la photosphère, considérée comme sa surface visible bien qu’elle fasse partie de l’atmosphère solaire. Elle a une épaisseur d’environ 250 miles — approximativement 400 kilomètres — et une température d’environ 5 500 degrés Celsius. Au-dessus se trouvent la chromosphère, une zone de transition et la couronne. La couronne peut atteindre environ 2 millions de degrés Celsius, une température bien supérieure à celle de la photosphère ; le réchauffement de cette atmosphère externe est l’un des mystères solaires signalés par la NASA.

Des taches solaires, des trous coronaux et des éruptions apparaissent dans l’atmosphère solaire. Les taches sont des régions légèrement plus froides que leur environnement ; les éruptions sont des explosions de lumière et de particules associées à la libération d’énergie magnétique. Les éjections de masse coronale sont d’immenses nuages de particules magnétisées expulsés dans l’espace. La matière qui quitte la couronne à des vitesses supersoniques forme le vent solaire et l’héliosphère, une grande bulle magnétique qui s’étend au-delà des orbites planétaires.

Rotation, orbite et environnement

Le Soleil tourne sur son axe, mais comme il est constitué de plasma et non d’un solide, différentes régions tournent à des vitesses différentes : il effectue une rotation en environ 25 jours terrestres à l’équateur et en environ 36 jours aux pôles. Le plan de l’équateur solaire est incliné de 7,25 degrés par rapport à l’écliptique, le plan de l’orbite terrestre.

Le Soleil et les objets du système solaire orbitent autour du centre de la Voie lactée. Le système se trouve dans le bras ou éperon d’Orion, entre les régions du Sagittaire et de Persée. Un tour complet autour du centre galactique prend environ 230 millions d’années. À ses débuts, le Soleil était entouré d’un disque de gaz et de poussière ; une partie de la poussière subsiste dans plusieurs anneaux qui suivent les orbites planétaires, où la gravité des planètes la concentre. Le Soleil n’a pas de lunes.

Exploration et limites

Parmi les engins spatiaux qui étudient le Soleil figurent Parker Solar Probe, STEREO, Solar Orbiter, SOHO, Solar Dynamics Observatory, Hinode, IRIS et Wind. SOHO, la mission d’observation solaire et héliosphérique, a marqué le 25e anniversaire de son lancement le 2 décembre 2020. L’observation spatiale permet d’étudier l’étoile et des phénomènes tels que les éruptions et les éjections de masse coronale.

Les températures et les rayonnements extrêmes empêchent le Soleil d’abriter la vie telle qu’on la connaît. En revanche, l’énergie solaire est essentielle à la majeure partie de la vie sur Terre. La photosphère est la couche visible, et non une surface solide ; l’expression « surface du Soleil » ne doit donc pas être comprise comme celle d’une planète rocheuse.

La résolution B3 de l’IAU de 2015 définit un rayon solaire nominal de 695 700 km et une température effective nominale de 5 772 K. Ce sont des constantes de conversion, et non de nouvelles mesures ou des propriétés instantanées exactes du Soleil. Les valeurs en unités solaires sont des normalisations de référence.