La lumière qui touche votre visage a mis huit minutes à atteindre la Terre… mais près de 170 000 ans à sortir du Soleil
Lorsque nous levons les yeux vers le Soleil, sa lumière semble nous parvenir presque instantanément. En réalité, les photons qui atteignent notre visage ont parcouru les quelque 150 millions de kilomètres séparant le Soleil de la Terre en un peu plus de huit minutes.
Mais ce trajet à travers l’espace ne représente que la dernière étape d’un voyage infiniment plus long.
Avant de pouvoir quitter le Soleil, l’énergie produite en son cœur doit traverser les couches extrêmement denses de notre étoile. Selon une étude publiée en 1992 par les astrophysiciens Romas Mitalas et Kenneth R. Sills, cette traversée pourrait durer environ 170 000 ans.
Une énergie née au cœur du Soleil
L’énergie solaire est produite dans le noyau, où des températures proches de 15 millions de degrés permettent aux noyaux d’hydrogène de fusionner pour former de l’hélium.
Ces réactions de fusion nucléaire libèrent une quantité considérable d’énergie, initialement sous la forme de rayonnements très énergétiques, notamment des photons gamma.
En théorie, un photon voyageant en ligne droite pourrait franchir les quelque 696 000 kilomètres séparant le centre du Soleil de sa surface en seulement quelques secondes.
Mais l’intérieur du Soleil est loin d’être vide.
Il est constitué d’un plasma extraordinairement dense, composé de particules chargées avec lesquelles les photons interagissent continuellement.
Une gigantesque marche au hasard
Dans les profondeurs solaires, un photon ne peut parcourir qu’une distance minuscule avant d’entrer en collision avec une particule.
Il peut alors être absorbé, réémis ou dévié dans une direction totalement différente. Au lieu de progresser directement vers la surface, l’énergie suit donc un chemin désordonné que les physiciens appellent une marche aléatoire.
On peut comparer ce phénomène à une personne tentant de quitter une fête très fréquentée. Alors qu’elle cherche à rejoindre la porte, elle est constamment arrêtée par des amis qui souhaitent discuter, lui dire au revoir ou l’embrasser. La distance réelle jusqu’à la sortie est faible, mais les innombrables interruptions rendent le trajet extrêmement long.
C’est à peu près ce qui arrive à l’énergie à l’intérieur du Soleil.
À chaque interaction, le photon change de direction. Il peut avancer vers l’extérieur, repartir vers le centre ou se déplacer latéralement. Il lui faut donc un nombre gigantesque d’étapes avant d’atteindre la surface.
Une distance parcourue extrêmement faible entre chaque collision
Pendant longtemps, certains calculs supposaient que les photons parcouraient en moyenne entre 0,5 et 1 centimètre avant d’interagir avec une autre particule.
Sur cette base, les chercheurs estimaient que l’énergie mettait entre 3 000 et 30 000 ans pour sortir du Soleil.
Cependant, Romas Mitalas et Kenneth R. Sills ont souligné que cette estimation ne tenait pas suffisamment compte des importantes variations de densité entre les différentes couches de l’étoile.
Les régions proches du noyau sont beaucoup plus denses que les couches extérieures. Dans plus de la moitié du rayon solaire, la distance moyenne parcourue par l’énergie avant une interaction serait inférieure à un millimètre.
En intégrant cette densité variable dans leurs calculs, les chercheurs ont obtenu une durée de diffusion proche de 170 000 ans.
Le photon qui arrive sur Terre n’est pas celui qui est né dans le noyau
Il faut toutefois préciser que le photon reçu sur Terre n’est probablement pas exactement le même que celui produit au cœur du Soleil.
Au cours de son voyage, le rayonnement est absorbé puis réémis d’innombrables fois. Son énergie se transforme progressivement.
Les photons gamma extrêmement énergétiques produits par la fusion nucléaire deviennent peu à peu des rayonnements moins énergétiques. Lorsqu’ils atteignent finalement la surface solaire, une partie de cette énergie est émise sous forme de lumière visible, d’infrarouges ou d’ultraviolets.
Il est donc plus juste de parler du temps nécessaire à l’énergie solaire pour traverser le Soleil plutôt que du parcours continu d’un seul photon.
Après 170 000 ans, seulement huit minutes supplémentaires
Une fois arrivée à la photosphère, la couche visible du Soleil, l’énergie n’est plus prisonnière d’un plasma extrêmement dense.
Elle peut enfin se propager librement dans le vide spatial.
La lumière parcourt alors les 150 millions de kilomètres séparant le Soleil de la Terre à près de 300 000 kilomètres par seconde. Ce dernier trajet ne dure qu’environ huit minutes et vingt secondes.
Le contraste est saisissant : après avoir passé potentiellement 170 000 ans à se frayer un chemin à travers l’intérieur du Soleil, l’énergie accomplit presque instantanément, à l’échelle cosmique, son voyage jusqu’à notre planète.
Une lumière née bien avant les premières civilisations
La chaleur solaire que nous ressentons aujourd’hui pourrait ainsi provenir d’une énergie produite à une époque où notre espèce vivait encore principalement de chasse et de cueillette.
Il y a 170 000 ans, les pyramides d’Égypte n’existaient évidemment pas encore. L’agriculture elle-même n’était pas apparue et une grande partie de l’humanité moderne restait concentrée en Afrique.
La lumière qui éclaire aujourd’hui une plage, une forêt ou le visage d’un passant est donc l’aboutissement d’un voyage commencé dans les profondeurs du Soleil bien avant la naissance de toutes les civilisations humaines.
La prochaine fois que vous sentirez la chaleur du Soleil sur votre peau, souvenez-vous que l’énergie qui vous atteint n’a pas seulement traversé l’espace pendant huit minutes. Elle a probablement erré durant des dizaines de milliers d’années dans le cœur brûlant de notre étoile avant de trouver enfin la sortie.
Adaptation Terra Projets
source : https://www.sciencealert.com/
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