De l'origine de l'énergie solaire.

Au niveau de la Terre, située à 150 millions de km du Soleil, la puissance reçue par un mètre carré de surface orientée perpendiculairement aux rayons du Soleil est de 1 400 W...
On a imaginé plusieurs hypothèses pour expliquer l'origine de cette énergie solaire.

Il pourrait s'agir éventuellement :

• du refroidissement du Soleil
• de réactions chimiques exothermiques
• de réactions thermonucléaires...

En supposant que le rayonnement solaire est régulièrement réparti dans toutes les directions, vous pourrez, pour commencer, évaluer la puissance totale P émise par le Soleil.
Ensuite, connaissant cette puissance totale P, et en notant t la durée de vie du Soleil, le produit P.t représente l'énergie totale produite au cours de sa vie : la connaissance de la quantité d'énergie disponible dans le Soleil doit donc permettre de prévoir cette durée de vie...

Afin de vous permettre de tester les diverses hypothèses présentées antérieurement, voici quelques données, tirées de nos connaissances scientifiques:

• la masse du Soleil est de 2 x 10³⁰ kg.
• le Soleil est essentiellement constitué d'hydrogène.
• la chaleur massique du gaz dihydrogène est c = 14,4 x10³ J.kg^-1.K^-1, mais augmente avec la température, et pourra atteindre 20 x 10³ J.kg^-1.K^-1.
• la photosphère du Soleil a une température que l'on évalue, en l'assimilant à un corps noir : On trouve T = 6 000 K.
• le pouvoir calorifique le plus élevé des gaz est celui du dihydrogène et vaut 124 700 kJ.kg^-1.
• lors d'une réaction thermonucléaire, une partie m de la masse est transformée en énergie, selon la relation d'Einstein E = m.c² (avec c = 3 x 10⁸ m.s^-1).

Cependant, pour que de telles réactions se produisent, il faut atteindre des températures de plusieurs millions de Kelvins et seule une petite partie de la matière du Soleil est concernée (10% seulement). Enfin, l'hydrogène donnant naissance à de l'hélium, une petite partie de la masse seulement est transformée en énergie. La théorie permet d'évaluer le rendement de ces réactions à 0,7%.

A vous de déterminer les durées de vie du Soleil prévisibles pour chacune des hypothèses et de trancher en faveur de celle qui vous semble la plus raisonnable, refaisant ainsi le raisonnement des scientifiques du début du vingtième siècle !

 Voir aussi :

Dis-moi, le Soleil, qu'est-ce que c'est ? Le Soleil expliqué aux enfants
Le Soleil, notions de base (distance, diamètre, masse, température, période de rotation)