Le rayonnement solaire et la température à la surface du Soleil
Notre Galaxie, la Voie Lactée, compte entre 150 et 200 milliards d’étoiles dont une seule est située dans notre système planétaire : le Soleil. Sphère de gaz chaud dont la température varie de 15 millions de kelvin au centre à environ 6 000 K en surface, le Soleil produit et rayonne une quantité colossale d’énergie vers la Terre. Comment le Soleil produit-il cette énergie ?
Le Soleil, siège de la fusion nucléaire
- Le Soleil est composé à 75% en masse d’hydrogène. Les températures en son cœur rendent possibles les réactions de fusion nucléaire qui transforment les noyaux d’hydrogène et d’hélium en libérant une grande quantité d’énergie.
- Cette énergie est émise sous forme d’un rayonnement électromagnétique dont la majeure partie est absorbée par le Soleil lui-même. Cette énergie maintient le Soleil à une température très élevée.
- Le reste est émis à travers tout l’espace. La libération de cette énergie s’accompagne d’une perte de masse du Soleil, environ un milliard de kilogrammes par seconde, en vertu de la relation d’équivalence masse – énergie formulée par Albert Einstein en 1905.
La température de surface du soleil
- Un corps noir chaud émet un rayonnement électromagnétique dont la puissance rayonnée ne dépend que de sa température : ce rayonnement est comparable à celui émis par les étoiles.
- La loi de Wien permet de déterminer la température de surface d’une étoile connaissant la longueur d’onde λmax pour laquelle la puissance rayonnée est maximale : elle est inversement proportionnelle à la température de surface.
- Cette loi se traduit par la relation :
Ainsi, les étoiles émettant un rayonnement de couleur bleue ont une température de surface plus grande que les étoiles émettant un rayonnement de couleur rouge, dont la longueur d’onde est plus grande.
La puissance solaire reçue par la Terre
Le Soleil émet une énergie rayonnante qui se répartit uniformément autour de lui. Une planète n’intercepte qu’une petite partie de ce rayonnement solaire
Le rayonnement solaire intercepté par une planète dépend essentiellement de deux paramètres :
- Le rayon de la planète : plus le rayon est grand, plus la planète intercepte le rayonnement solaire
- De la distance Soleil-planète : plus la planète est proche du Soleil, plus l’énergie solaire par unité de surface de la planète est élevée.
Exemples : La Terre reçoit une quantité d’énergie supérieure à ce que reçoit la Lune, qui est 3,6 fois plus petite qu’elle.
Jupiter, pourtant 11 fois plus grande que la Terre, reçoit beaucoup moins d’énergie, car elle est environs 5 fois plus éloignée du Soleil.
La puissance solaire moyenne reçue par la Terre en 24 heures, au sommet de son atmosphère, est d’environ 342 W.m-2
Quelques vidéos utiles :
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