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Le Soleil

Notre étoile

La boule lumineuse qui nous éclaire durant la journée est en réalité une étoile comme toutes celles que tu peux voir la nuit dans le ciel, à la seule différence qu'elle est beaucoup plus proche que les autres, pour être précis 272000 fois plus proche que Proxima du Centaure qui est l'étoile la plus proche du système solaire à 4.3 années-lumière !

Comme toutes les étoiles, le Soleil est une immense boule de gaz très chaude dont la température est d'environ 6000°C en surface mais elle atteint des millions de degrés au coeur de l'étoile.

Sa matière est essentiellement constituée d'hydrogène incandescent mélangé avec un peu d'hélium. Le Soleil est gazeux en surface mais il devient rapidement fluide et probablement solide au profondeur en raison des très fortes pressions qu'il y règne. Mais tout cela se fait progressivement. 

Le Soleil tourne sur lui-même comme un ballon visqueux. A l'équateur par exemple, la surface du Soleil tourne sur elle-même en 25.4 jours alors qu'au pôle sa rotation dure 32 jours.

Le Soleil étant une boule de gaz lumineuse, il n'a pas de surface solide comme la Terre ou la Lune. En fait, si on avait les moyens d'aller observer le Soleil de près, tu constaterais que sur place, la surface solaire, celle que tu dessines comme un cercle jaune, n'existe pas. Sa densité est tellement faible, qu'elle ressemble au vide. En réalité, tu pénétrerais dans le Soleil comme dans un brouillard épais, mais excessivement chaud !

Tout ce gaz prend la forme d'une sphère. En effet avec une masse 330000 fois supérieure à celle de la Terre et un diamètre 109 fois plus grand que celui de la Terre, sa force de gravité est si élevée qu'il empêche le gaz de s'échapper dans l'espace. C'est pourquoi il forme une sphère. En surface toutefois, malgré la forte gravité (tu pèses 28 fois ton poids sur le Soleil, soit environ 1 tonne !), la pression devient si faible que la matière peut s'échapper dans l'espace sous forme de protubérances.

Ainsi chaque seconde le Soleil perd plusieurs millions de tonnes de matière dans l'espace, mais heureusement pour nous il dispose de réserves pour 5 milliards d'années encore !

A gauche, le Soleil est tellement grand que le système Terre-Lune tout entier tiendrait aisément dans son diamètre ! Par clarté les dimensions de la Lune et de la Terre ont été fortement exagérées, sans quoi ils auraient la taille d'une tête d'épingle ! A droite, la structure du Soleil.

Etant donné que le Soleil est immense et contient beaucoup de matière, dans le noyau cette matière subit une pression colossale et une chaleur si intense, de l'ordre de 15 millions de degrés (contre 6000°C seulement au centre de la Terre), qu'il se produit des réactions nucléaires similaires à celles qui engendrent les explosions atomiques ! C'est l'énergie libérée par toutes ces explosions qui crée la chaleur du Soleil. 

Le Soleil émet aussi des particules (protons, électrons) qui perturbent parfois les communications radios sur Terre ou donnent naissance aux aurores polaires. Et comme nous l'avons expliqué, ce rayonnement contenant beaucoup d'énergie, après une longue exposition, il peut provoquer des mutations génétiques (et des cancers). On peut vraiment dire que le Soleil influence la vie sur Terre...

La surface du Soleil présente des taches sombres dont le nombre varie selon un cycle d'environ 11 ans. Ces taches représentent des zones un peu plus froides de la surface solaire où émerge la matière qui vient des profondeurs. Leur dimension est souvent supérieure à celle de la Terre et elles sont parfois tellement vastes qu'elles sont visibles à l'oeil nu si tu observes le Soleil à travers un filtre !

A télécharger : Règle solaire (gabarit préparé par Guy Buhry de Astroblue1)

Gabarit de Stoneyhurst

Les taches solaires

Trois aspects différents de la surface du Soleil que l'on peut observer avec un grand télescope. A gauche, un minuscule pore sombre perdu dans les "grains de riz" dont la surface est égale à celle de la France. Au centre, une tache solaire dont le diamètre équivaut à quatre fois celui de la Terre en comptant la pénombre photographié le 21 mai 2016 par Salvato Giampaolo avec une lunette astronomique de 205 mm de diamètre. A droite, un groupe complexe de taches solaires photographié le 15 juillet 2002.

Comment observer le Soleil ?

Si tu veux observer le Soleil, demande l'aide de tes parents afin de l'observer sans danger. Tu ne peux jamais observer directement le Soleil, que ce soit avec une loupe, des jumelles, une lunette ou un télescope car tu risques non seulement de te brûler mais de devenir aveugle. En effet, l'objectif et l'oculaire vont concentrer la lumière qui va devenir brûlante et si tu as déjà utilisé une loupe, tu sais à quel point la lumière concentrée est capable de brûler n'importe quel objet.

Rappelle-toi toujours que tu ne peux donc jamais observer le Soleil sans précaution, sinon c'est l'hôpital assuré !

Si tu veux regarder le Soleil à travers un télescope en toute sécurité, tu dois utiliser un filtre ou un accessoire adapté au Soleil.

Il existe plusieurs méthodes, avec par ordre de préférence :

- Le filtre Mylar comme ceux présentés à droite

- L'observation par projection sur un écran

- L'hélioscope d'Herschel

- Le filtre interférentiel.

La solution idéale et la moins cher est d'utiliser un filtre spécial en Mylar, une sorte de feuille d'aluminium que tu peux facilement découper à n'importe quelle dimension pour l'adapter sur n'importe quel objectif.

Cette feuille de Mylar ne laisse passer que 1/100000e de la lumière et est spécialement conçue pour observer le Soleil. Tu la trouveras dans tous les magasins d'astronomie.

Le filtre Mylar se place sur l'objectif de la lunette ou es paires de jumelles ou à l'entrée du tube du télescope.

Si tu disposes de jumelles, d'une lunette ou d'un télescope, tu dois attacher cette feuille de Mylar devant l'objectif, jamais sur l'oculaire car la lumière y est trop concentrée et brûlerait la feuille métallisée. Attache-là comme tu peux devant le télescope, avec du papier collant ou un élastique ainsi que l'illustre l'image de gauche. Ne t'inquiètes pas si la feuille est un peu chiffonnée ou gondolée, cela ne provoque aucun effet sur l'image.

Une fois la feuille en place, tu pourras seulement viser le Soleil et observer les taches solaires en toute sécurité. Profites-en également pour recouvrir le viseur avec un bouchon ou un morceau de Mylar car il n'est pas protégé et le réticule placé au centre (la croix) risque de se décoller sous la chaleur.

La deuxième solution consiste à projeter l'image du Soleil sur un écran en carton ou en métal placé derrière l'oculaire, à environ 30 ou 50 cm de distance. Cet écran doit être blanc pour faire ressortir les taches solaires. Dans ce système il n'y a pas de filtre; tu ne dois donc jamais regarder le Soleil à travers la lunette ou le télescope. Tu dois essayer de trouver le Soleil en bougeant doucement l'instrument. Dès que l'image projetée devient très brillante, tu n'es pas loin du Soleil. Bouge encore légèrement l'instrument jusqu'à ce que le disque apparaisse sur l'écran.

Cette solution est idéale si tu veux montrer les taches solaires à tes copains et copines. Seul inconvénient, certaines lunettes astronomiques bon marché ne supportent pas la chaleur intense et tu risques de décoller les lentilles de ton objectif. Dans ce cas il vaut mieux observer le Soleil en fin d'après-midi lorsque sa lumière est moins intense. Avec les télescopes à miroir il n'y a aucun problème de ce type car la lumière se réfléchit sur le miroir. Mais fais tout de même attention aux oculaires car ils vont vite chauffer et peut-être s'abîmer s'ils sont de mauvaise qualité.

Tu peux également acheter un hélioscope d'Herschel. C'est un renvoi en diagonal que tu places juste avant l'oculaire. Il dispose d'un prisme ou d'un miroir semi-réfléchissant qui renvoie vers l'extérieur plus de 99.9 % de la lumière solaire. Moins de 0.1 % de la lumière traverse l'oculaire. Tu peux ainsi observer le Soleil en ajoutant simplement un filtre gris sur l'oculaire. Dans cette configuration tu ne risques pas de t'abîmer les yeux ni de faire fondre ou exploser le filtre car la lumière n'est plus intense ni chaude. Cet accessoire est toutefois assez cher et souvent utilisé par des amateurs avertis.

La dernière méthode est le filtre interférentiel. C'est une technique un peu différente, très spéciale, qui demande un accessoire très cher car sa fabrication est assez complexe. Ces lunettes solaires sont proposées par plusieurs fabricants dont Meade sous la marque Coronado, Daystar et Lunt.

Ce filtre qui ressemble à une boîte ronde se fixe soit devant l'objectif soit à la place de l'oculaire du télescope. Il isole une infime partie de la lumière du Soleil, ce qu'on appelle une raie spectrale située dans la partie rouge du spectre, la raie de l'hydrogène alpha.

Dans cette lumière qu'on appelle monochromatique (une seule couleur) le Soleil apparaît tout rouge et tu peux observer les régions brillantes et actives (les taches solaires) sur la surface du Soleil et les protubérances, d'immenses éjections de matière souvent plus grandes que la Terre, qui jaillissent lentement de sa surface. C'est un spectacle fascinant qui retiendra toute la famille puisque tu dois observer le Soleil durant la journée.

Les éclipses de Soleil

Tous les deux ans environ, il se produit une éclipse totale de Soleil quelque part sur la Terre, en Afrique, en Asie, en Amérique et parfois en Europe comme ce fut le cas le 11 août 1999.

Comment se produit une éclipse ? Il y a longtemps, on pensait qu'un dragon "mangeait" le Soleil et on pensait qu'en lui faisant peur et en criant ce dragon allait se retirer et rendre le Soleil. Et de fait, au bout de quelques minutes le Soleil revenait... Aujourd'hui évidemment nous savons que tout cela est faux et fait partie du folklore. 

En réalité c'est la Lune qui vient s'interposer juste dans l'axe entre le Soleil et la Terre. Par un heureux hasard son diamètre cache exactement celui du Soleil. Lorsque les trois corps sont parfaitement alignés, durant quelques minutes on peut observer la couronne qui entoure le Soleil. C'est une région très vaste qui représente l'atmosphère extérieure du Soleil dont la densité est extrêment faible. Elle est si faible que la lumière du Soleil nous empêche de l'observer en dehors des éclipses. Parfois la Lune ne cache que partiellement le disque du Soleil, c'est l'éclipse partielle de Soleil. Dans ce cas son disque prend la forme d'un croissant plus ou moins échancré. 

Schéma d'une éclipse totale de Soleil. La Lune vient se placer juste dans l'axe entre le Soleil et le Terre. Son disque cache le Soleil et nous permet d'observer la couronne solaire.

Mais ici également tu dois impérativement utiliser l'une des trois méthodes décrites précédemment (utiliser un filtre Mylar par exemple) pour observer le Soleil, même lorsqu'il forme un fin croissant. Ce n'est qu'au moment du "Soleil noir", de l'éclipse totale où apparaît la couronne solaire que tu peux retirer ton filtre et observer le Soleil sans précaution. Ensuite n'oublie pas de le remettre car le Soleil va rapidement réapparaître.

A gauche, l'anneau de diamant qui apparut quelques secondes avant l'éclipse totale du Soleil du 11 juin 1998. A droite, la magnifique éclipse du 11 juillet 1991 qui se produisit au Mexique.

Les mêmes éclipses se répètent au bout de plusieurs dizaines années. Elles suivent un cycle très long qui dure 18 ans et 11 jours, appelé le Saros au terme duquel le Soleil, la Lune et la Terre retrouvent les mêmes positions relatives dans le ciel. Mais d'autres perturbations orbitales viennent modifier ce rythme, si bien qu'après l'éclipse solaire du 11 août 1999, il n'y aura pas de nouvelle éclipse totale en Europe avant 2026, et encore, elle se produira dans le nord de l'Espagne.

Les éclipses totales sont des phénomènes extraordinaires. N'hésite pas à faire un voyage et profiter de l'occasion pour observer ce phénomène. Tu t'en souviendras toute ta vie tellement l'ambiance est excitante et semble surnatuelle.

Prochain chapitre

Les effets provoqués par la lumière

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