Soleil : quelle est la température du Soleil au cœur, en surface et dans la couronne
La surface visible du Soleil, la photosphère, est à environ 5 500 °C (10 000 °F), mais ce n’est qu’une des trois températures. Le cœur, où l’hydrogène fusionne en hélium, est à environ 15 millions de °C (27 millions de °F), et la mince atmosphère extérieure, la couronne, est de nouveau plus chaude que la surface, en général de 1 à 3 millions de °C. La température baisse du cœur à la surface puis bondit dans la couronne, l’une des grandes énigmes ouvertes du Soleil.
Quand on demande quelle est la température du Soleil, on attend d’ordinaire un seul nombre, et la réponse honnête en compte trois. Celle qu’il vous faut dépend de la couche : le cœur, la surface que nous voyons ou la couronne lumineuse qui l’entoure. Voici chaque température avec sa source, la façon dont les scientifiques la connaissent sans thermomètre, un exemple chiffré avec une formule et la question ouverte que les astronomes discutent encore.
Idées essentielles
- Le Soleil n’a pas une seule température : environ 15 millions de °C au cœur, environ 5 500 °C à la surface visible et 1 à 3 millions de °C dans la couronne.
- Le cœur est si chaud parce que la gravité le comprime à environ 150 fois la masse volumique de l’eau, ce qui maintient la fusion de l’hydrogène en hélium et libère de l’énergie.
- La température de surface se mesure par la lumière du Soleil : la couleur où il brille le plus indique environ 5 800 K, nominalement 5 772 K.
- La couronne est bien plus chaude que les couches du dessous, et l’on ne sait pas encore pourquoi ; elle est aussi si ténue qu’elle transporte peu de chaleur.
- Les taches solaires paraissent sombres parce qu’elles sont plus froides, d’environ 3 500 à 4 500 °C, et non parce qu’elles sont froides.
La réponse courte : trois températures, pas une
La NASA donne pour le cœur du Soleil environ 15 millions de °C (27 millions de °F). La photosphère, la couche que nous appelons surface, est à environ 5 500 °C (10 000 °F). La couronne, l’atmosphère extérieure, atteint 1 à 3 millions de °C ; la NASA cite jusqu’à 2 millions de °C (3,5 millions de °F). La température baisse donc du cœur à la surface, puis remonte.
Le Soleil n’a pas de surface solide où se poser. C’est une boule de gaz chaud, surtout d’hydrogène et d’hélium, et la photosphère est simplement la couche mince, épaisse d’environ 400 km, par laquelle s’échappe dans l’espace l’essentiel de sa lumière. Comparés à ceux du cœur, 5 500 °C sont peu, mais cela suffit à faire bouillir le carbone, diamant et graphite compris.
Pourquoi le cœur est à 15 millions de degrés
Le cœur est comprimé par le poids de tout le Soleil au-dessus de lui. La NASA donne sa masse volumique à environ 150 grammes par centimètre cube, soit environ 150 fois celle de l’eau, et sa température à plus de 15 millions de °C. Dans ces conditions, les noyaux d’hydrogène fusionnent en hélium, et cette fusion maintient la chaleur du Soleil et l’empêche de s’effondrer sous son propre poids.
Quatre noyaux d’hydrogène forment un noyau d’hélium, qui pèse environ 0,7 pour cent de moins, et la masse manquante devient de l’énergie selon E = mc². Chaque seconde, le Soleil transforme en énergie environ 4 millions de tonnes de masse et convertit environ 600 millions de tonnes d’hydrogène en hélium. L’énergie met très longtemps à sortir : les estimations du trajet du cœur à la surface vont d’environ 10 000 à 170 000 ans.
Comment savons-nous que la surface est à environ 5 500 °C
Personne ne peut plonger un thermomètre dans le Soleil : les astronomes lisent donc sa lumière. Un corps chaud et lumineux brille le plus fort à une longueur d’onde qui dépend de sa température, et la loi de Wien la donne : la longueur d’onde du maximum, en micromètres, vaut 2 898 divisé par la température en kelvins. La lumière du Soleil culmine vers 0,50 micromètre, une couleur bleu-vert, ce qui donne environ 5 800 K. La valeur standard convenue entre astronomes est 5 772 K, soit 5 499 °C.
Une tache solaire est une zone où de forts champs magnétiques retiennent la chaleur venue d’en dessous. Elle est plus froide, d’environ 3 500 à 4 500 °C, et ne paraît sombre que sur le fond plus brillant des 5 500 °C alentour. La foudre fournit une bonne comparaison : un éclair chauffe un instant un mince canal d’air à environ 28 000 °C, soit environ cinq fois la surface du Soleil, mais seulement un instant.
L’énigme de la couronne : plus chaude que la surface
Au-dessus de la photosphère se trouvent la chromosphère et la couronne. Dans la couronne, la température remonte jusqu’à des millions de degrés : elle est donc plus chaude que la surface en dessous, comme si l’on avait plus chaud en s’éloignant d’un feu de camp. La NASA qualifie la source de ce chauffage de la couronne de grande énigme non résolue de la physique solaire.
Une température très élevée n’est pas la même chose que beaucoup de chaleur. La couronne est extrêmement ténue : un engin qui la traverse reçoit donc bien moins de chaleur que le chiffre ne le suggère. La sonde Parker Solar Probe de la NASA vole dans la couronne depuis 2021 pour la mesurer directement, et les chercheurs utilisent ses données pour tester des idées sur les ondes et la reconnexion magnétique qui pourraient transporter de l’énergie vers le haut.
Comment le VJOURNAL SMART BOOK le montre
Le chapitre « Le Soleil » du SMART BOOK gratuit « Tout sur tout », tome II, sur VITON13 SCHOOL parcourt ces couches en cinq courts moments. À côté du texte, une image 3D vivante se tourne au doigt ou à la souris, avec une minuscule Terre bleue à côté du disque lumineux pour sentir les proportions.
Sous l’image se trouve un bac à sable où vous choisissez une planète et comparez la lumière solaire qu’elle reçoit. Le chapitre traite aussi de la fusion au cœur, des huit minutes que la lumière met à nous parvenir, des taches, des éruptions et du cycle de 11 ans, et de l’avenir du Soleil en géante rouge puis en naine blanche, avec un quiz de trois questions et des sources à ouvrir.
En mots simples
Pensez à un oignon à trois couches de chaleur. Au milieu, un four à 15 millions de degrés ; la couche que nous voyons brille à 5 500 degrés ; la mince brume extérieure est de nouveau plus chaude, à des millions de degrés, mais si ténue qu’elle retient peu de chaleur.
À vous de jouer
Utilisez la loi de Wien : longueur d’onde du maximum = 2 898 µm·K ÷ température. La lumière du Soleil culmine vers 0,50 µm. Trouvez la température en kelvins, puis soustrayez 273 pour obtenir des degrés Celsius.
Résultat attendu
2 898 ÷ 0,50 font environ 5 800 K, et 5 800 − 273 font environ 5 500 °C, ce qui concorde avec la valeur de la NASA pour la surface.
Vérifiez votre réponse: Une étoile chaude blanc-bleu brille le plus à 0,29 µm. Quelle est, à peu près, la température de sa surface ?
2 898 ÷ 0,29 font environ 10 000 K, soit environ 9 700 °C. C’est presque deux fois la surface du Soleil.
Questions et réponses
Quelle est la température du Soleil en degrés Fahrenheit ?
La surface est à environ 10 000 °F, le cœur à environ 27 millions de °F et la couronne jusqu’à environ 3,5 millions de °F d’après la NASA. Pour convertir des Celsius, multipliez par 9/5 et ajoutez 32.
Pourquoi la couronne du Soleil est-elle plus chaude que sa surface ?
Personne n’en est sûr. La NASA range le chauffage de la couronne parmi les grandes énigmes non résolues. Les pistes principales font intervenir des ondes magnétiques et des reconnexions soudaines de lignes de champ qui déposent de l’énergie dans la mince atmosphère extérieure.
Les taches solaires sont-elles froides ?
Non. Elles sont plus froides que leur entourage, d’environ 3 500 à 4 500 °C contre 5 500 °C, et ne paraissent sombres que par contraste. Une tache isolée brillerait très fort.
Le Soleil est-il le type d’étoile le plus chaud ?
Non. Beaucoup d’étoiles rouges ont une surface à environ 3 000 K et les étoiles bleues chaudes dépassent 30 000 K. Le Soleil est une étoile ordinaire, de taille moyenne, de type G.
De quelle couleur est le Soleil ?
Sa lumière est blanche, un mélange de toutes les couleurs avec un maximum dans le bleu-vert. Du sol, il paraît jaune ou orange parce que l’air diffuse une part de la lumière bleue, et la NASA l’appelle naine jaune par convention.
Le Soleil continuera-t-il à briller aussi fort qu’aujourd’hui ?
Pendant environ 5 milliards d’années encore. Selon les modèles, il s’éclaire lentement, d’environ 10 pour cent par milliard d’années, puis enflera en géante rouge et se réduira en naine blanche.
Retenez les trois températures : environ 15 millions de °C au cœur, environ 5 500 °C en surface et 1 à 3 millions de °C dans la couronne, ainsi que la question ouverte de savoir pourquoi la couronne est si chaude. Ouvrez ensuite le chapitre et comparez la lumière solaire que reçoit chaque planète.
Sources et lectures
- NASA Science: Sun facts ↗Sources consultées:
- NASA Science: The Sun ↗Sources consultées:
- NASA Science: Solar Dynamics Observatory ↗Sources consultées:
- NASA Science: Parker Solar Probe ↗Sources consultées:
- NOAA Space Weather Prediction Center: Sunspots and the solar cycle ↗Sources consultées: