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Les mouvements du Soleil

Le mouvement apparent du Soleil est essentiellement le reflet de la rotation de la Terre sur elle-même. La Terre tourne de l'ouest vers l'est et cela explique qu'on voit le Soleil se lever à l'est (on va alors à sa rencontre) et se coucher à l'ouest.

Le mouvement évolue au cours de l'année, pendant que la Terre se déplace sur son orbite autour du Soleil, car son axe de rotation n'est pas parfaitement perpendiculaire au plan de l'orbite (en d'autres termes, l'équateur terrestre n'est pas confondu avec le plan orbital). Cet angle est suffisamment important (23027') pour amener les changements saisonniers que l'on connaît à nos latitudes. En hiver, le Soleil se lève au sud-est et ne s'élève pas très haut au sud en milieude journée (on dit alors qu'il passe au méridien) avant de se coucher au sud-ouest. Au printemps et à l'automne, il se lève plein est, culmine vers 450 au-dessus de l'horizon, et se couche plein ouest. Enfin, l'été, il se lève au nord-est, s'élève presque au zénith en milieu de journée et se couche au nord-ouest.

Les écarts constatés entre l'été et l'hiver deviennent extrêmes lorsqu'on se rapproche des pôles. Ainsi, ceux qui ont la chance de faire un voyage jusqu'au nord de la péninsule Scandinave en été peuvent admirer le fameux Soleil de minuit. Le Soleil descend alors très bas sur l'horizon au nord mais ne disparaît pas, puis il remonte ensuite petit à petit pour venir culminer au sud avant de redescendre vers le nord.

Un autre effet amusant est celui que l'on constate en changeant d'hémisphère. Le Soleil se lève bien entendu toujours à l'est mais il va culminer vers le nord avant de se coucher à l'ouest. Si l'on se trouve à des latitudes voisines de —45° (situation symétrique de la France), on voit donc le Soleil se déplacer de droite à gauche dans le ciel au lieu de le faire de gauche à droite. Tout se passe comme si on regardait dans un miroir l'image du mouvement qui nous est familier dans l'hémisphère Nord.

Qu'est-ce que le zodiaque?

Dans son mouvement annuel, le Soleil se déplace en suivant une courbe dans le ciel que les Anciens appelaient zodiaque. De nos jours, on l'appelle l'écliptique car c'est lorsque la Lune coupe cette ligne (dont elle ne s'éloigne d'ailleurs jamais beaucoup) qu'elle est susceptible de rencontrer le Soleil : c'est donc là que se produisent les éclipses. C'est, en fait, la projection dans le ciel du plan de l'orbite terrestre autour du Soleil. Comme la plupart des planètes tournent autour du Soleil dans le même plan, on les observe toujours au voisinage de l'écliptique. Les douze constellations qui jalonnent le parcours du Soleil dans le ciel sont les fameux signes du zodiaque. Quant à l'influence de votre signe zodiacal sur votre caractère ou sur vos dons, je vous renvoie à l'excellent ouvrage de l'astronome A. Couderc, /Astrologie, dans la collection « Que sais-je ? » : vous y verrez que les horoscopes ont bien peu d'utilité, en dehors de rapporter de l'argent à ceux qui les vendent.

De quoi le Soleil est-il fait ?

Le Soleil est une étoile, c'est un astre qui émet de la lumière fabriquée en son sein (alors que la Lune, par exemple, n'apparaît brillante que parce qu'elle est éclairée par le Soleil). Il s'agit, en fait, d'une gigantesque sphère de gaz (dont le diamètre est de 1 400 000 km, soit près de 110 fois le diamètre terrestre), essentiellement de l'hydrogène qui est le gaz le plus léger existant et qui est le constituant principal de l'Univers avec l'hélium (90 % des atomes de l'Univers sont de l'hydrogène et 8 % de l'hélium). Ce gaz est en grande partie électrisé, un peu comme le gaz dans les tubes fluorescents ou dans les lampes d'éclairage des villes. Mais, surtout, il est si comprimé et si chaud au coeur de l'étoile que son aspect physique n'a plus rien à voir avec ce qu'on entend couramment par le mot gaz. Ainsi 1 1 de gaz au centre du Soleil contient plus de 100 kg de matière. Au centre de l'étoile, la température atteint des millions de degrés ; là encore, cela échappe au sens commun tant la valeur est élevée. Mais il faut surtout retenir que cela permet à des réactions de fusion nucléaire de se produire en permanence au coeur du Soleil. Les noyaux d'hydrogène fusionnent alors pour former des noyaux d'hélium tout en dégageant une énergie importante. Alors pourquoi le Soleil n'explose-t-il pas ? Il y a tout simplement équilibre entre la force exercée vers l'extérieur par ces explosions et la force exercée vers l'intérieur par les couches externes pesant sur la partie centrale du fait de la gravitation. C'est d'ailleurs la force de gravitation (attraction mutuelle existant entre deux corps dans l'Univers) qui, au départ, a permis à une masse de gaz diluée dans l'espace de se ramasser progressivement sur elle-même et de se tasser jusqu'à former une boule assez dense et assez chaude pour que des réactions nucléaires s'allument en son sein et qu'elle devienne une étoile.

Y-a-t-il de l'or dans le Soleil?

Le Soleil n'est pas seulement constitué d'hydrogène et d'hélium, même s'ils dominent très largement. La plupart des 92 éléments naturels connus sur Terre se retrouvent en effet dans le Soleil. Beaucoup ne sont présents qu'en infimes proportions mais le Soleil est si gros que la masse totale d'un élément rare peut y être impressionnante. Ainsi, on a pu estimer qu'il y avait environ 9 atomes d'or pour 1 000 milliards d'atomes d'hydrogène. Eh bien, cela représente une quantité totale d'or dans le Soleil d'environ 10 millions de milliards de tonnes. Un millionième de cette masse suffirait à payer largement la dette extérieure des pays en développement, malheureusement cet or est gardé dans l'un des coffres les plus sûrs de l'Univers !

Le Soleil va-t-il continuer longtemps à briller ?

A chaque seconde, le Soleil transforme 4 millions de tonnes de matière en énergie lumineuse. Le chiffre paraît énorme mais la masse du Soleil l'est encore plus puisqu'elle est, au total, de 2 milliards de milliards de milliards de tonnes. Cela laisse donc, en théorie, une durée de vie de 15 000 milliards d'années. En fait, il est vrai que cette cadence ne pourra pas se poursuivre aussi longtemps, car cela supposerait une transformation intégrale de la masse en énergie ; néanmoins, le Soleil brille depuis 4 milliards 600 millions d'années et continuera à un rythme voisin sans problème pendant encore 4 milliards ou 5 milliards d'années. Au-delà, il continuera de briller mais en changeant d'aspect, il deviendra probablement une géante rouge comme nous le verrons plus loin dans le chapitre sur les étoiles.

De quelle nature est la lumière du Soleil ?

C'est l'arc-en-ciel qui nous l'enseigne. Il se produit lorsque la lumière du Soleil se réfléchit sur la paroi des gouttes d'eau en passant à l'intérieur de celles-ci. La trajectoire de la lumière lorsqu'elle passe de l'air à l'eau, en pénétrant dans la goutte, et de l'eau à l'air, en -ressortant de la goutte, dépend de la couleur du rayon lumineux (phénomène de réfraction). Ainsi, les rayons rouges, jaunes, verts et bleus suivront des trajectoires légèrement différentes et se retrouveront dispersés à la sortie. Les Anciens se plaisaient à distinguer sept couleurs dans l'arc-en-ciel (rouge, orangé, jaune, vert, bleu, indigo et violet) mais il ne s'agissait pour eux que de retrouver là un chiffre prétendu magique. Il y a, en fait, autant de couleurs que l'on veut, en ce sens qu'il n'y a pas de séparation nette de l'une à l'autre mais une gradation continue. Les couleurs de l'arc-en-ciel constituent ce qu'on appelle le spectre visible du Soleil ; c'est, en fait, la partie du rayonnement solaire que laisse le mieux passer l'atmosphère terrestre, et l'évolution de la vie a fait que notre oeil (comme celui de la plupart des animaux) a son maximum de sensibilité dans cette partie du spectre. Au-delà du violet se trouve l'ultraviolet, que notre œil ne perçoit pas mais qui fait bronzer notre peau, et au-delà du rouge se trouve l'infrarouge, également invisible pour notre oeil, qui a surtout un effet calorifique. A l'inverse, tous les corps chauds et, en particulier, les corps vivants émettent des rayonnements infrarouges, ce qui permet de les détecter dans l'obscurité avec des appareils sensibles à ce type de rayonnement.

Pourquoi le ciel est-il bleu ?

Les lois de la diffusion de la lumière par les particules montrent que cette diffusion se produit avec une très grande efficacité pour le bleu et le violet. Lorsque les rayons lumineux du Soleil arrivent dans l'atmosphère terrestre, les rayons bleus et violets sont donc diffusés dans toutes les directions alors que les autres continuent leur trajectoire en n'étant pas (ou très peu) affectés. Si nous voyons le ciel bleu et non pas violet, c'est que notre oeil est moins sensible à la lumière violette qu'à la lumière bleue.

Lorsque le Soleil se lève ou se couche, ses rayons traversent une plus grande portion d'atmosphère que lorsqu'il est haut dans le ciel et, de plus, il s'agit alors de la partie la plus dense de l'atmosphère. Le phénomène de diffusion prend alors encore plus d'importance et il n'y a pratiquement plus de rayons bleus ou violets qui arrivent en droite ligne du Soleil, ils ont tous été diffusés avant. De la sorte, le Soleil apparaît orange et même carrément rouge s'il y a de la brume ou des poussières en quantité dans l'atmosphère lors de l'observation. On peut alors l'observer à l'oeil nu (et même avec des jumelles) sans danger. Cela permet d'abord de constater un aplatissement du disque solaire dû à la réfraction des rayons lumineux par l'atmosphère terrestre (ceux qui viennent du bas du disque solaire traversent des couches plus denses et leur trajectoire est davantage courbée par la réfraction).

Qu'est-ce que le rayon vert ?

Lorsque le Soleil se couche dans une atmosphère très transparente, les rayons rouges, jaunes et verts parviennent encore jusquà l'oeil alors que les rayons bleus et violets ont été diffusés dans leur traversée tangentielle de l'atmosphère. S'y ajoute le phénomène de réfraction dans l'atmosphère qui courbe différemment les rayons lumineux suivant leur couleur et davantage les rayons verts que les rouges et les jaunes, de telle sorte que les derniers rayons susceptibles de venir jusqu'à nous seront les rayons verts (bleus et violets ayant été éliminés par la diffusion dans l'atmosphère et rouges et jaunes par la réfraction). Les meilleurs sites pour ce type d'observation sont des sommets de montagne d'où l'on peut voir un horizon lointain et dégagé, mais le phénomène peut aussi bien se produire en mer par temps clair. Alors, pendant une fraction de seconde, le dernier point lumineux visible à l'horizon peut être le fameux rayon vert. Ce n'est pas une illusion d'optique comme certains pourraient le penser et il peut être photographié. Le phénomène peut aussi être vu au lever du Soleil mais c'est plus difficile car il faut regarder exactement à l'endroit où il va apparaître. Peut-on voir l'ombre de la Terre ? Après le coucher du Soleil, on peut voir monter dans le ciel, vers l'est, comme une barre de couleur rose. Ce sont, en fait, les hautes couches de l'atmosphère encore atteintes par les rayons du Soleil couchant. En dessous de cette barre rose, on note une barre gris sombre qui n'est ni plus ni moins que l'ombre de la Terre projetée dans l'atmosphère. Lorsqu'on se trouve sur un pic montagneux isolé, on peut même voir clairement l'ombre de ce pic se projeter vers l'est dans la direction opposée au Soleil couchant. Puis, au bout de quelques minutes, cette ombre se dilue elle-même dans l'ombre de la Terre qui gagne petit à petit tout le ciel. Ainsi s'installe progressivement la nuit.

Le cycle solaire

Les taches solaires ne sont pas des structures permanentes à la sur-