Notre système solaire. Le soleil Les planètes Telluriques Les planètes gazeuses

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1 Notre système solaire Le soleil Les planètes Telluriques Les planètes gazeuses

2 Les tailles et les distances des planètes ne sont pas respectées 150 millions de km - 1 u.a u.a u.a. 1.5 u.a. 5 u.a. 9.5 u.a. 19 u.a. 30 u.a. 40 u.a.

3 Le soleil: carte d identité Distance soleil Terre: 150 millions de km (variation de 5 millions de km) = Unité astronomique Rayon = km (distance à partir du centre à laquelle l énergie lumineuse chute brusquement) Masse: kg (1.989 milliard de milliards de milliards de tonnes) soit M T. 99.9% de la masse du système solaire. Une surface de 1 M² au dessus de notre atmosphère reçoit 1368 Watts = constante solaire. La luminosité solaire est donc de Watts.

4 Spectre du soleil Maximum d énergie lumineuse se trouve dans le jaune (couleur d un objet porté à 5800 K) Grand nombre de raies sombres qui permettent en étudiant l intensité des raies de calculer l abondance de chacun de ces éléments. Composition chimique observée est très proche du nuage de gaz initial qui l a formé (de même pour les planètes géantes mais pas pour les planètes solides) Certaines raies spectrales sont utilisées pour obtenir des images du soleil à des profondeurs différentes (Hα permet d observer une partie de la chromosphère transition entre la sphère solaire et la couronne)

5 Hydrogène (le plus abondant) He, Li, Be et B fabriqués par le «Big Bang» Décroissance de l abondance avec Z de l élément (Z croit avec la masse) Alternance de l abondance avec Z pair ou impair

6 Températures dans le soleil 16 millions de K au centre Diminution lente vers l extérieur pour atteindre 5800 K dans la photosphère Continue à décroitre pour atteindre 4200 K à 500 km au dessus de la photosphère 8000 K dans le plateau chromosphérique entre 1000 et 2000 km au dessus de la surface 2 millions de degrés dans la couronne

7 Age du soleil Calculé à partir de la reconstitution théorique de son évolution soit milliards d années Peut aussi se déduire de l âge de la terre déduit de datations radioactives D où provient son énergie Dans le temps on ne connaissait que les combustions chimiques ou la transformation d une énergie en une autre. Dans le meilleur calcul on atteignait 10 millions d années Réalité: Energie nucléaire qui vient de la transformation de 4 noyaux d hydrogène en un noyau d He. Cela libère l énergie nécessaire à son équilibre. Les calculs montrent que l âge du soleil ainsi obtenu correspond à celui de la terre.

8 Structure interne Densité moyenne 1.4 (Terre = 5.5) Intérieur est constitué d un plasma ionisé d atomes et d électrons libres Structure se déduit des calculs: Énergie produite au centre: Chaque seconde 564 millions de tonnes d H sont transformés en 560 millions de tonnes d He. Les 4 millions de différence se transforment en Watts (quatre cent mille milliards de milliards de Kw) Chaque année le soleil perd ainsi fois sa masse (depuis sa naissance il a consommé 3/1000 de sa masse) Perd aussi fois sa masse sous forme de vent solaire

9 Comment produire de l He? 1 1H + 1 1H = 2 1D + e + + ν (proton + proton donne deutérium + positron + antineutrino par dégradation β) 12 D+ 11 H = 3 2He + γ (Deutérium + proton donne Hélium 3 + gamma) 3 2He + 3 2He = 4 2He + 1 1H + 1 1H (2 Hélium 3 donne de l hélium 4 stable + 2 protons) Réaction lente à cause de la dégradation β (appelée aussi interaction faible) qui prend 10mn

10 Conséquence de l interaction faible Grace à cette interaction le soleil va vivre 10 milliards d années Sinon il aurait vécu moins longtemps et aurait eu une température plus faible (Géante rouge) Mais l homme qui cherche à reproduire la fusion thermonucléaire a besoin d aller plus vite. ON va donc utiliser du Deutérium et du Tritium qui réagissent instantanément

11 Transport de l énergie Pendant les premiers km (70% du rayon) transport par le rayonnement Sur les km restants transport par convexion Globalement il faut 20 million d années pour que l énergie produite au centre arrive à la surface. Quand on modélise l évolution d une sphère de 1 masse solaire avec la même composition de départ on aboutit après 4.5 milliards d années à un soleil comme le nôtre

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13 Une étoile dans la Galaxie Situé dans les régions externes à années lumières du centre Eloigné du plan galactique de 46 al Se déplace autour du centre de la galaxie à la vitesse de 220 km/s (on a déjà fait 20 tours) Vitesse par rapport à son environnement 20km/s Nous ne repassons donc jamais au même endroit dans l espace. Pendant une révolution de notre galaxie, le soleil se déplace de 7500 millions de km dans la galaxie

14 Galaxie M51 apellée aussi Galaxie des chiens de chasse

15 Galaxie NGC 891 vue Par la Tranche

16 Notre Galaxie, appelée la galaxie de «La voie lactée».

17 Les vibrations du soleil La photosphère vibre en permanence comme la membrane d un tambour. L étude des oscillations solaires s appelle l héliosismologie. Le «son» d une cavité résonnante comme le soleil est complexe. C est un mélange d un très grand nombre d harmoniques ou «modes propres». Il est possible, en utilisant la «transformée de Fourier» de découvrir l ensemble des modes propres excités par les oscillations

18 Développement en série de Fourier: pour les fonctions périodiques Exemple à une dimension

19 Harmoniques sphériques La transformée de Fourier généralise la théorie des séries de Fourier aux fonctions non périodiques. Dans le soleil les oscillations se développent en trois dimensions ce qui oblige à utiliser les harmoniques sphériques

20 Intérêt des vibrations Elles permettent la détection de phénomènes invisibles directement comme les mouvements sous la photopshère au moment de la formation des protubérances ou des taches solaires, ou la température et la pression locale On a pu mesurer la profondeur de la zone convective (0.287 fois le rayon solaire) et prouver que les atomes d Hélium et les éléments plus lourds tombent vers le centre alors que l hydrogène remonte (effet très lent)!

21 Rotation interne du soleil Tourne autour d un axe incliné de 7 11 par rapport à la perpendiculaire à l écliptique Régions équatoriales tournent en 24 jours Les régions polaires tournent en plus de 30j La rotation concerne toute la zone convective mais ensuite tourne d un seul bloc. La transition est très rapide (couche «tachocline») Présence d un champ magnétique à l intérieur du soleil??

22 Évolution des taches solaires 2 septembre septembre septembre 2000 Le Soleil Images de la sonde SOHO

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24 Les taches solaires Obéissent à un cycle de 11ans Les plus petites font la taille de l Europe, les plus grandes plusieurs terres. Ce sont des condensations de champ magnétique 8000 fois plus intense que celui de la terre. Au début du cycle les taches apparaissent à des latitudes moyennes de chaque coté de l équateur, les taches disparaissent au bout de quelques jours mais d autres reparaissent plus bas en latitude cf. diagramme «papillon».

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26 Taches solaires Les cycles se suivent mais ne se ressemblent pas (voir le diagramme) Actuellement nous sommes dans le cycle 24 dont le maximum devrait être en Mai 2013 Il y a eu plusieurs périodes sans cycles. L une sous Lois XIV entre 1650 et 1700, le minimum de Maunder, et d autres.

27 D où viennent les taches? Au début champ dipolaire Puis la rotation différentielle étire le champ dans les régions équatoriales; il s enroule de plus en plus et sa structure devient instable Des lignes de champ peuvent émerger en surface à certains endroits et créer des taches qui disparaissent rapidement d autres se reformant. Ainsi le nombre de taches augmente en permanence jusqu à ce que tout devienne instable et qu une restructuration du champ se produise (inversion). En fait les facules apparaissent parfois toutes seules et à des latitudes élevées. Les cycles sont donc imbriqués les uns dans les autres. Le champ est surement plus complexe qu un simple dipôle.

28 Le vent et la couronne solaire Vent = masses solaires/an: en réalité très complex, vent lent (400 km/s), vent rapide (700 km/s), éjections coronales (30000 km/s) Ejections coronales vues par SOHO

29 Protubérances de la couronne (image prise par TRACE) La couronne doit être à plus de 1 million de K pour exister. Car sinon elle serait confinée par la gravité solaire! Son chauffage est d origine magnétique (mouvements de la zone convective qui produisent des courants et des boucles de champs qui crèvent la surface en produisant les taches et les éjections coronales

30 Ejection du 24/07/1999 faisant 35 fois la taille de la terre (image prise par SOHO) Cette image du soleil n est pas en vraies couleurs (raie de He II)

31 Fin du soleil Dans 5 milliards d année Le cœur se contractera Ses régions externes se dilateront Il sera une géante rouge pendant quelques dizaines de millions d années Puis il se dilatera encore pour «avaler» toutes les planètes Il finira en «naine blanche»

32 Influence sur la Terre Responsable des aurores Polaires. Corrélation Claire avec l activité solaire Les périodes de grande activité solaire perturbent les émissions terrestres Créent aussi des «orages magnétiques» perturbation des circuits électriques, courants de sol.. Minimum de Maunder (sous Louis XIV) a accompagné un refroidissement global de la Terre

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