Le Soleil a une masse égale à 2x10^{30} kg, soit 2 milliards de milliards de milliards de tonnes ou plus de 330 000 fois la masse de la Terre. Son rayon est d'environ 700 000 km.
Si l'on divise son volume par sa masse, on obtient une densité moyenne pour le Soleil égale à 1400 kilos par mètre cube (1.4 gramme par cm cube), soit une densité environ quatre fois inférieure à celle de la Terre.
Ce petit calcul montre déjà que la composition chimique du Soleil et/ou les conditions physiques qui y règnent (température, pression) ne doivent pas être égales à celles que l'on trouve sur Terre. Cependant ce calcul ne suffit pas, et de beaucoup, à déterminer la composition chimique du Soleil.
Pour savoir de quels éléments chimiques est fait le Soleil, une première approche consiste à analyser la lumière qu'il émet par la technique de la spectroscopie. Cette technique est brievèment exposée au début de l'aventure de Tintin ``L'étoile mystérieuse''.
Sans entrer dans les détails, disons simplement que la présence de raies sombres (raies d'absorption) dans le spectre du Soleil permet de mettre en évidence la présence de certains éléments chimiques dans son atmosphère (le spectre est l'arc-en-ciel obtenu après que la lumière du Soleil ait traversé un prisme). Ainsi on sait qu'il y a du sodium, du fer etc... Une analyse détaillée permet même d'obtenir les abondances de ces éléments.
Cette technique de l'analyse spectroscopique jointe à d'autres approches a permis d'obtenir les résultats suivants: la surface du Soleil est sous forme de gaz composé (en fraction de la masse) pour environ 70% d'hydrogène et 28% d'hélium. Les 2% restant comprennent tous les autres éléments chimiques (de ces 2% l'oxygène constitue déjà la moitié).
Mais de quoi est fait le centre du Soleil ? S'agit-il toujours d'un gaz ? Pour le savoir, il faut faire intervenir des lois physiques qui décrivent le comportement de la matière dans différentes conditions et soumise à des forces diverses. Il n'est pas possible ici d'entrer dans beaucoup de détails. Simplement il est intéressant de remarquer le point suivant: sur Terre, si on ouvre une boîte renfermant un gaz, ce gaz va petit à petit remplir tout l'espace mis à sa disposition, pourquoi le gaz constituant la surface du Soleil n'en fait-il pas autant ? Pourquoi reste-t-il ``enfermé'' dans une sphère au contour bien défini ? La réponse est à chercher du côté de la force qui nous maintient les pieds sur Terre, à savoir la gravitation. Le gaz du Soleil est attiré par la masse du Soleil comme nous le sommes par la masse de la Terre.
Cependant s'il n'y avait que cette force d'attraction, nous devrions voir le Soleil diminuer de rayon, ce qui n'est pas le cas. Pour éviter cet effondrement (non observé !) il est donc nécessaire de supposer qu'une autre force entre en action. Cette autre force est liée aux chocs que les particules de gaz subissent continuellement entre elles. Ces chocs exercent une pression, une pression qui deviendra d'autant plus grande que l'on pénétrera à l'interieur du Soleil. Connaissant les expressions données par la physique de la force d'attraction gravitationnelle et des forces de pressions, sachant également que ces deux forces doivent s'opposer en tous points à l'interieur du Soleil, il est possible de déduire les conditions au centre du Soleil: température centrale environ 16 millions de degrés, densité centrale environ 150 g/cm3. Ce résultat est obtenu en faisant l'hypothèse que le Soleil est entièrement constitué de gaz, du bord jusqu'au centre.
Une densité de 150 g/cm3 c'est énorme, c'est 18 fois la densité d'une plaque de fer sur Terre. Peut-on néanmoins faire l'hypothèse qu'il s'agit d'un gaz ? La réponse est oui et ceci est du aux très hautes températures qui règnent au centre du Soleil et qui permettent de maintenir l'état gazeux même à ces très hautes densités.
Ces densités et températures élevées permettent l'activation de réactions nucléaires. Ces réactions, d'une part produisent de l'énergie et d'autre part modifient la composition des régions centrales du Soleil, transformant l'hydrogène en hélium. Des modèles numériques du Soleil indiquent qu'au centre l'abondance en hydrogène est de 34% (en fraction de masse), l'hélium constituant les 64% de la masse.
D'autres informations sur la structure du Soleil (en anglais) se trouvent notamment sur le site Web suivant:
http://FusEdWeb.pppl.gov/CPEP/Chart_pages/5.Plasmas/SunLayers.html
Retour à la page : > Le Soleil | Questions à un astronome <
Cette réponse a été préparée par Georges.Meynet@obs.unige.ch