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Le soleil







L'ACTIVITE SOLAIRE

La radiation solaire est de 63 Mega Watts/m2 à la surface du soleil. Sur cette énergie émise par le Soleil il en arrive perpendiculairement entre l'équateur et les tropiques en moyenne au sommet de l'atmosphère 1368 W/m2. Donc en moyenne globale l'énergie reçue sur le sommet de l'atmosphère de la Terre est de 1368 W/m2, soit 342 W/m2. Cette valeur est modulée annuellement par la variation de la distance Terre-Soleil (orbite terrestre elliptique). La valeur maximale de la radiation solaire est d'environ 1415 W/m² au solstice d'hiver soit en janvier et la valeur minimale de 1326 W/m² au solstice d'été soit en juin (il faut ajouter une incertitude de 10 W/m²).


Explication: (soleil 1 durée 10 minutes)

Voici une vidéo donnant des informations sur notre étoile le Soleil, son énergie, son activité...

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LES CYCLES SOLAIRES

Le Soleil connaît quatre types d'activités qui sont plus ou moins importants suivant la durée de cette activité. Ces variations de l'activité solaire ont été étudiées d'après l'analyse du C 14 (carbone 14). Cet isotope se forme par l'action des rayons cosmiques sur l'azote atmosphérique. Plus le Soleil est actif plus le vent solaire empêche ces rayons cosmiques d'entrer dans l'atmosphère. Donc moins de C14 se forme.

LE CYCLE DE SCHWABE

Ce cycle solaire d'une durée de 8 à 13 ans soit une moyenne de 11 ans est le plus connu des quatre variations de l'activité solaire. C'est un amateur, Heinrich Schwabe (1789-1875) qui a découvert ce cycle en observant l'apparition des taches. Grâce aux satellites les astronomes ont pu mesurer directement le flux d'énergie émis par le Soleil durant les cycles les plus récents. Le flux diminue de 0,10 % du maximum au minimum de ce cycle. Mais cette activité solaire est plus ou moins importante suivant les trois autres cycles solaires.

Comme nous le montre le schéma ci-dessous l'évolution de la température suit l'évolution de la constante solaire. De 1645 à 1715, lors du minimum de Maunder, aussi bien la constante solaire que la température étaient basses. La constante solaire avait baissé de 0,25 %. Ceci c'est reproduit de 1795 à 1830 pendant le minimum de Dalton.

L'évolution de 1611 à 1980 de la constante solaire et de la température de
l'hémisphère Nord suivant la moyenne de 1960-1990. Donnée de la NOAA

On retrouve le même résultat avec le nombre des taches solaires qui est un bon indicateur pour ce cycle solaire comme on peut le voir en comparant le schéma ci-dessus avec celui de ci-dessous.

LE CYCLE DE GLEISSBERG

Ce cycle d'une durée de 80 à 90 ans fut découvert par Gleissberg en 1958. Il a des effets sur l'amplitude du cycle solaire de schwabe de 11 ans. Toutefois, les cycles undécennaux étant seulement identifiés sur une période de trois siècles à l'aide des taches solaires, l'extraction précise de cette période présente quelques difficultés. C'est pourquoi d'autres données sont utilisées (carbone 14). Cette période a aussi été trouvée dans la variation séculaire du diamètre solaire. L'évaluation des époques des minimums et des maximums par Gleissberg a été basée sur des données de l'activité des aurores de Schove (1955). Le maximum de Gleissberg autour de 1984 est le premier dans une longue séquence des maximums liés aux phases zéro dans le cycle 166 ans. Suivant Gleissberg les maximums devraient se produire autour 2069, 2159, et 2235.

LE CYCLE DE SUESS OU DE VRIES

Les données de concentration en carbone 14 indiquent aussi une périodicité d'environ 150 - 200 ans.

MINIMUM
DEBUT
FIN
OORT
1010
1050
WOLF
1281
1347
SPORER
1411
1524
MAUNDER
1645
1715>
DALTON
1795
1830

Date de début de fin des minima de Oort, Wolf, Spörer , Maunder et Dalton

Les dates des minimums de Oort, Wolf, Spörer, Maunder et Dalton, présentées dans le tableau ci-dessus, suggèrent une périodicité de l'ordre de un à deux siècles environs. Elle conduit à une variabilité de l'amplitude du cycle de Schawbe, par exemple lorsque l'on compare le cycle de 1715 avec celui de 1958.

La courbe rouge représente l'évolution de la température suivant la moyenne de 1960-1990 et la courbe bleue la constante solaire de 843 à 1980 .

LE CYCLE D'HALLSTATTZEIT

Cette période a été trouvée dans les analyses de la concentration en carbone 14 et dans les données climatiques. Son origine n'est pas élucidée. Certains pensent qu'elle est d'origine solaire, d'autres estiment qu'elle constitue un mode propre d'oscillation du système océan-atmosphère. Ce cycle aurait un période de 2.300 ans et son maximum devrait être atteint vers l'an 2.800 et son prochain minimum vers 3950.

Variation du cycle solaire d'hallstattzeit d'après l'évolution du carbone 14 et la suppression des cycle de gleissberg et Suess
(D'après Damon et Sonett, 1991)

L'EVOLUTION DE LA ROTATION SUR LUI MEME ET DU DIAMETRE DU SOLEIL

L'EVOLUTION DU DIAMETRE SOLAIRE

Le Soleil à une oscillation du diamètre d'amplitude de 0,5 seconde d'arc avec une période d'environ 900 jours soit 27 mois de même phase.

Mais suivant l'activité solaire cette oscillation est plus ou moins importante. Lorsque l'activité du Soleil est au maximum l'oscillation de son diamètre est moins importante que si l'activité solaire est au minimum. Ce qui fait que la variation du diamètre du Soleil varie à l'opposé de la variation de l'activité solaire comme le montre le schéma ci-dessous.

Variation du diamètre solaire et de l'activité solaire de 1978 à 1998. L'activité solaire est représenté par le nombre des taches solaires (en rouge). La variation du demi-diamètre du Soleil en seconde d'arc est représenté par les cercles en bleu. L'oscillation du diamètre présente une anticorrélation avec le cycle de 11 ans. (Daprès F. Laclare, 1999)

Mouton (1659 à 1661), Picard et Richer (1666 à 1672) et La Hire (1683 à 1718) et son fils (1719) ont été parmi les premiers à mesurer le diamètre du Soleil en fonction du jour de l'année et aussi suivant les éclipses solaires. En comparant les valeurs effectuées de 1666 à 1719 ont constate que lors du minimum de Maunder le Soleil avait un demi-diamètre plus gros d'environs 0,5 seconde arc par rapport à la fin du minimum de Maunder. Car lors du minimum de Maunder (1683) le Soleil avait un demi-diamètre de 962,5 secondes d'arc contre un demi-diamètre de 961,78 secondes d'arc à la fin du minimum de Maunder soit en 1715. Et actuellement où le Soleil a une activité plus importante encore, son demi-diamètre est plus petit comme il oscille entre 959,2 et 959,8 seconde d'arc lors du cycle de 11 ans (150 km). Soit une différence d'environs de 3 secondes d'arc par rapport au minimum de Maunder, ce qui représente 2000 km de plus à la valeur actuelle de la moyenne du diamètre.

Variation du diamètre solaire, 1860-1940. Les flèches indiquent des
maximums de taches solaires. (From ASO-X6 in The Sun and Solar System Debris).

La variation du diamètre du Soleil provoque la variation de la constante solaire. Ce qui a justement un effet sur le climat comme ça affecte la structure thermique et dynamique de la stratosphère qui après entraîne des modifcations jusque dans la troposphère et donc une variation de la température de la Terre.

Suivant l'équation W = (DR/R)/(DS/S) où on a le rayon solaire (R) puis de la constante solaire (S) on peut calculer le rapport de variation relatif de R et S. Suivant cela W=0,2. D'après les mesures du diamètre solaire lors du minimum de Maunder qui avait varié d'environs 1 seconde d'arc on peut en déduire que la constante solaire avait bien diminué de 3,5W/m2. Et c'est la raison pour laquelle qu'il y a une variation à l'opposé entre la température et le diamètre du soleil comme le montre le schéma à droite.

Anomalies des températures et évolution du rayon solaire de 1650 à 1990 (données de Jones et al., 1999) en fonction du temps. Sur ces 300 ans, la tendance climatique corrèle avec l'évolution du rayon solaire.

L'EVOLUTION DE LA ROTATION DU SOLEIL SUR LUI MEME

En plus de cette variation, la rotation différentielle du Soleil sur lui même suit l'évolution de l'oscillation du diamètre du Soleil. L'observation du mouvement des taches solaires depuis le début du 17èmes siècles a permis de suivre l'évolution de son diamètre au cours de ces quatre derniers siècles.

Lors du minimum de Maunder soit quand l'activité solaire était très faible et que le diamètre du Soleil était plus important qu'actuellement, la vitesse de la rotation était de 3% plus faible que la vitesse actuelle. De plus l'observation des taches solaires au cours de ces derniers siècles a permis d'évaluer la rotation différentielle. Celle-ci observée au alentour du minimum de Maunder, lorsqu'il y avait des taches solaires, était plus marquée qu'actuellement à cause d'un gradient latitudinal de la vitesse plus important que maintenant.

En plus de l'évolution du diamètre et de la rotation différentielle du Soleil sur lui même suivant l'activité solaire, la luminosité varie aussi. Lors de la période faiblement active du Soleil soit au minimum de Maunder, on estime que sa luminosité avait baissé de 0,2 à 0,3%.