Rayonnement et énergie des étoiles — Soleil et fusion nucléaire
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Rayonnement et énergie des étoiles
Autour d’une étoile règne le vide. La seule façon pour l’étoile de voir son énergie diminuer est d’émettre des rayonnements électromagnétiques.
Fusion nucléaire au cœur du Soleil
Lors de la réaction au cœur du Soleil, quatre noyaux d’hydrogène vont s’assembler pour former un noyau plus lourd en libérant de l’énergie. Il s’agit donc bien d’une réaction de fusion.
Réaction (chaine proton-proton) : 3He + 3He → 4He + 2 1H
La température du centre du Soleil est de l'ordre de quinze millions de kelvins, et la température de sa surface est de l'ordre de six mille kelvins.
Le Soleil voit sa masse diminuer de quatre millions de tonnes du seul fait des fusions nucléaires.
Rayonnement électromagnétique des corps chauffés
Comme tous les corps matériels, les étoiles et le Soleil émettent des ondes électromagnétiques et libèrent donc de l'énergie par rayonnement.
Comme tous les corps matériels, les étoiles et le Soleil émettent des ondes électromagnétiques et libèrent donc de l'énergie par rayonnement.
Chaque rayonnement monochromatique est caractérisé par sa longueur d'onde λ, exprimée en mètre dans le Système international.
Chaque rayonnement monochromatique est caractérisé par sa longueur d'onde λ, exprimée en mètre dans le Système international.
Le spectre d'un rayonnement polychromatique est une représentation visuelle ou graphique de l'ensemble des rayonnements monochromatiques dont il est constitué.
Le spectre du rayonnement émis par la surface (modélisé par un spectre de corps noir) dépend seulement de la température de surface de l'étoile.
La longueur d'onde d'émission maximale est inversement proportionnelle à la température absolue de la surface de l'étoile (loi de Wien).
Ainsi, les étoiles émettant un rayonnement de couleur bleue ont une température de surface plus grande que les étoiles émettant un rayonnement de couleur rouge, dont la longueur d'onde est plus grande.
Puissance solaire reçue et facteurs d'influence
La puissance radiative reçue du Soleil par une surface plane est proportionnelle à l'aire de la surface et dépend de l'angle entre la normale à la surface et la direction du Soleil.
De ce fait, la puissance solaire reçue par unité de surface terrestre dépend :
- de l'heure (variation diurne) ;
- du moment de l'année (variation saisonnière) ;
- de la latitude (zonation climatique).
La puissance par unité de surface s'exprime en watt par mètre carré (W·m−2) dans le Système international.