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Les interactions Soleil -Terre

La civilisation égyptienne a été une de celles pour qui l'astronomie a eu une très grande importance. De nombreuses décisions agricoles et administratives étaient attachées au lever et au coucher de telle ou telle étoile. Les Égyptiens adoraient le Soleil sous plusieurs noms . Khepri le dieu du Soleil levant, Râ aux rayons écrasants de midi et Atoum, le dieu qui s'enfonce dans la nuit. 

Dans les années 1950, des scientifiques, tel l'Américain D.H. Menzel, ont indiqué des relations apparentes entre la croissance des arbres, le prix du blé, donc des phénomènes météorologiques, avec les périodes de minimum et de maximum des taches solaires. 

En commençant par les plus évidentes, on peut énumérer les principales interactions Soleil -Terre.

Le cycle jour- nuit - Les marées

 Le climat - La météorologie de l'espace

 Le cycle jour- nuit

La rotation de la Terre sur elle-même rythme nos jours et nos nuits. 

Mais, il a 900 millions d'années, au Paléozoïque, la durée de cette rotation n'était que de 18 heures. C'est en tout cas à cette conclusion qu'est parvenu le chercheur américain Charles Sonett. Ce planétologue de l'université d'Arizona à Tucson a étudié des sédiments côtiers en Australie et dans les États américains de l'Utah et de la Pennsylvanie. Les marées de mortes-eaux et vives-eaux impriment leur trace dans les sédiments et sont lisibles par les spécialistes; les marées sont également soumises à un cycle annuel lié à la position relative de la Terre et du Soleil qui conditionne les marées d'équinoxe et de solstice. Il a donc étéinteractions entre terre et soleil possible de repérer une année sur les sédiments et, pour chaque année, de compter le nombre de marées de mortes-eaux. À partir de ce nombre, on peut calculer la période de l'orbite lunaire et son rayon. Charles Sonett montre que le nombre annuel de marées de mortes-eaux diminue en remontant dans le temps au fil des sédiments datant de 900, 600 et 300 millions d'années.

 La conclusion qui s'impose est que la Lune s'est éloignée de la Terre au fil du temps. De 3,25 cm par an en moyenne, soit 29 000 Kms en 900 millions d'années, ou encore 7 % environ de la distance Terre - Lune actuelle. 
            

Les marées

Le principal effet conjugué de la gravité de la Lune et du Soleil sur la Terre, plus exactement sur les élément fluides de notre globe, est la marée. L'attraction gravitationnelle, base de cette interaction, formulée par Newton, stipule que deux points matériels s'attirent en fonction de leurs masses et inversement au carré de leur distance. De plus, la Terre et la Lune tournent autour de leur centre de gravité commun G, lequel se trouvent dans le sol aux trois quarts du rayon terrestre. La masse d'océan proche du centre de gravité Terre - Lune subit une force centrifuge faible mais, plus proche de la Lune, elle est soumise à une plus forte attraction gravitationnelle et se soulève donc en direction de notre satellite. Par contre, la partie située de l'autre coté est plus éloigné de la Lune, l'attraction est donc plus faible en ces points, mais la force centrifuge, du fait de l'éloignement par rapport au centre de gravité, a pour effet de soulever le liquide dans la direction opposée à la Lune.

 Le renflement des océans, coté Lune et coté opposé, dessine une ellipse dont le grand axe tourne avec la Lune. La Terre fait un tour en 24 heures pendant que la Lune tourne dans le même sens d'environ 13° (360° en 29,53 jours). Pour que la Lune soit au-dessus du même point, il faut que la Terre tourne encore de 13°, ce qui demande 51 minutes de plus. La période des marées est donc en moyenne de 24 heures et 51 minutes, ce qui explique le décalage progressif de la marée haute ou de la marée basse au fil du temps.

 La Lune n'est pas seule à agir sur les fluides : l'attraction du Soleil se fait sentir aussi. Mais, du fait de son éloignement, son action ne représente malgré sa masse que 5/11 de celle de la Lune. Toutefois, les deux forces peuvent s'ajouter quand le Soleil, la Terre et la Lune sont alignés à la Pleine Lune ou à la Nouvelle Lune. La mer monte ou descend alors fortement: ce sont les grandes marées ou marées de vive-eau. Au voisinage de chaque équinoxe, 22 mars et 22 septembre, ces grandes marées sont encore plus fortes, car le Soleil passe à ce moment dans le plan de l'équateur, ce qui renforce son action. Vers ces deux époques, les coefficients de marée dépassent au moins une fois 105 et sont le plus souvent supérieurs à 110. Quand le Soleil, la Terre et la Lune forment un angle droit, au premier ou au dernier quartier, les forces d'attraction lunaire et solaire s'opposent, alors la mer ne descend pas très bas, ni ne monte très haut : ce sont les petites marées ou marées de morte-eau.
            

 Le climat

Depuis une vingtaine d'années, on parle beaucoup du réchauffement de la Terre. En moyenne, cette élévation de température, constatée depuis un siècle, est d'environ 0,6 à 0,8 °C. Ce laps de temps correspond à l'industrialisation des pays développés et il est tentant de vouloir corréler ce réchauffement avec l'activité humaine, par la quantité sans cesse croissante d'émission des gaz à effet de serre. Les rapports du climat avec l'activité humaine sont loin d'être établis. Le climat est en effet le résultat d'une somme d'échanges et d'influences, en premier lieu des variations de l'énergie reçue par notre Terre. Le fait que le Soleil ait un rapport avec des variations de notre climat terrestre est évident : le Soleil est impliqué dans la succession d'âges glaciaires et d'épisodes interglaciaires qui ont rythmé l'ère Quaternaire. En effet, la Terre n'a pas toujours été à la même distance du Soleil, car elle connaît des modifications lentes de l'excentricité de son orbite ou de l'inclinaison de son axe de rotation par rapport au plan de l'écliptique. Ces effets conjugués font fluctuer la quantité d'énergie solaire reçue et modifient l'ensoleillement sur des périodes de durée millénaire.

 Ces aléas de la course de la Terre autour du Soleil n'expliquent pas, en revanche, les variations plus rapides qui ont ponctué le dernier millénaire. Sur ces périodes plus courtes, les variations d'activité solaires semblent ici impliquées. Le cycle de Schwab, on l'a déjà vu, connaît une périodicité de 11 ans, mais obéit également à des rythmes plus lents de peut-être 80 à 100 ans, voire davantage.

 Rappelons que le Soleil possède un champ magnétique dipolaire faible sensiblement aligné sur son axe de rotation. La rotation différentielle de la surface solaire déforme les lignes de force de ce dipôle général et va créer une autre composante magnétique parallèle à l'équateur. Des régions actives vont naître et les taches en sont la manifestation visible. Au début du cycle de 11 ans, elles apparaissent aux latitudes proches de 400. Au fur et à mesure que le cycle se développe, les taches se forment de plus en plus près de l'équateur. Les taches solaires, indice de l'activité, se déploient à la manière des ailes d'un papillon, dont l'envergure reflète l'importance du cycle. Lorsque les ailes atteignent l'extension maximale, au maximum du cycle, la rotation se modifie légèrement et le Soleil rayonne un peu plus d'énergie.

 Tous ces modèles simplifiés et ces valeurs sont à prendre avec précaution, car la réalité est beaucoup plus complexe. Cependant, ils montrent que le Soleil est une étoile variable, et que la Terre est extrêmement sensible à ses moindres sursauts.
            

 La météorologie de l'espace

Les interfaces, entre la couronne et le vent solaire d'une part, entre le milieu interstellaire et le vent solaire d'autre part, sont source de nombreuses questions d'un intérêt général pour l'astrophysique, car elles concernent pour le premier cas, le problème de la perte de masse des étoiles, pour le second, le problème de l'évolution du milieu interstellaire. Cette région est appelée aujourd'hui héliosphère et, comme la Terre et la magnétosphère terrestre y « baignent », son étude physique, surtout les aspects de la variabilité de l'atmosphère étendue du Soleil jusqu'aux confins du Système solaire, est en fait d'intérêt vital à l'heure de l'ère spatiale.

Le 21 août 1996, le satellite SoHO détecte grâce à son instrumentation Lasco une formidable éruption solaire. En quelques instants, plusieurs millions de tonnes de gaz et de particules ionisées (électrons et protons) sont projetés hors de la couronne à travers une déchirure dans le champ magnétique et s'échappent dans l'espace, Le nuage de plasma percute le bouclier magnétique de la Terre après un voyage de trois à quatre jours. Sous le choc, le champ magnétique terrestre s'est comprimé du côté de la face éclairée par le Soleil et étiré en une longue queue de l'autre côté. Les particules s'infiltrent dans les régions polaires du champ magnétique terrestre. Dans une zone, dite ovale auroral, comprise entre 60° et 75° de latitude dans chaque hémisphère, à des altitudes entre 100 et 1000 Kms, les électrons et les protons solaires de haute énergie, issus des éruptions, interagissent avec la haute atmosphère de la Terre et provoquent l'un des plus beaux spectacles terrestres : l'aurore polaire. L'azote et l'oxygène, constitutifs du milieu, absorbent l'énergie électronique et émettent des photons lumineux de couleur caractéristique de l'élément excité - rouge et vert pour l'oxygène, bleu et violet pour l'azote.

 Ce type d'interaction n'est pas sans conséquence sur l'activité humaine : le 11 janvier 1997, le satellite américain de télécommunications Telestar 40 1, lancé par AT & T, cesse d'émettre, victime d'une éruption solaire. Une cinquantaine de satellites ont été à ce jour endommagés par de telles tempêtes. Les forts courants électriques des éruptions solaires induisent le survoltage des grands transformateurs et des lignes à haute tension avec pour conséquence de gigantesques pannes électriques. En 1978, une grande partie de l'État de New York s'est retrouvée paralysée pendant plusieurs heures. Le 13 mars 1989, six millions de Québécois ont été privés d'électricité pendant une dizaine d'heures pour la même raison. Aujourd'hui, les astrophysiciens disposent déjà d'une batterie de satellites et de télescopes qui observent en permanence le Soleil et les tempêtes solaires de leur naissance à leur arrivée dans l'environnement terrestre. On aimerait en comprendre l'origine.
            

 

 

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Dernière modification : 02 mars 2003