Qu'est-ce qu'une étoile ?

Chaque seconde, le Soleil transforme environ 4.26 millions de tonnes de sa masse en lumière et en chaleur.

Une boule de gaz qui ne se disperse pas

Par une nuit claire, chaque point lumineux qui ne vagabonde pas dans le ciel est une étoile, un soleil comme le nôtre, mais beaucoup plus éloigné. La NASA décrit les étoiles comme d'immenses boules de gaz chaud, surtout de l'hydrogène avec de l'hélium et de petites quantités d'autres éléments. Le Soleil est la seule que nous puissions étudier de près. Sa surface visible contient environ 91 % d'hydrogène et 9 % d'hélium en nombre d'atomes. L'oxygène, le carbone, le néon, l'azote, le fer et quelques autres éléments s'y comptent en parties par million.

Une étoile est le siège d'un bras de fer permanent. La gravité attire chaque parcelle de gaz vers le centre, tandis que la pression du gaz chaud pousse vers l'extérieur. Quand les deux s'équilibrent, l'étoile garde une taille stable pendant des millions ou des milliards d'années. Le Soleil est assez grand pour que cet équilibre impose une pression écrasante au centre : le modèle de la NASA donne environ 250 milliards de fois la pression atmosphérique au niveau de la mer, et une température centrale d'environ 15.7 millions de kelvins.

D'où vient l'énergie

À cette température, les noyaux d'hydrogène, constitués d'un seul proton, se heurtent assez violemment pour fusionner. Après une série d'étapes, quatre protons forment un noyau d'hélium. Celui-ci a une masse légèrement inférieure à celle des quatre protons de départ. La masse manquante devient de l'énergie, selon la relation d'Einstein E = mc². La fiche solaire donne une conversion de 4260 millions de kg par seconde, soit 4.26 millions de tonnes. Cela paraît énorme, mais le Soleil contient 1.9884 × 10³⁰ kg : il peut continuer pendant des milliards d'années.

L'énergie ne sort pas immédiatement. Selon la NASA, la lumière du cœur rebondit dans la zone radiative, puis des bulles de plasma chaud montent dans la zone convective et transportent l'énergie vers le haut. Le trajet du cœur au sommet de la zone convective prend environ 170 000 ans. Depuis la surface, la lumière solaire ne met qu'environ 8.3 minutes à parcourir les 149.6 millions de km jusqu'à la Terre. La puissance totale émise, appelée luminosité, vaut 3.828 × 10²⁶ watts. Les astronomes en font une unité : une étoile de luminosité 10 émet autant d'énergie que dix Soleils.

Une étoile de taille moyenne

Le Soleil mesure 1.39 million de km de diamètre, soit 109 fois celui de la Terre, et pourrait contenir 1.3 million de Terres. Pourtant, la NASA le classe parmi les étoiles de taille moyenne. Dans le modèle, pousse le curseur Zoom à droite : Arcturus, géante orange, est environ 25 fois plus large que le Soleil, et Bételgeuse environ 700 fois. Vers la gauche, la naine rouge Proxima du Centaure, l'étoile la plus proche après le Soleil, n'atteint qu'environ un septième de son diamètre. La NASA estime que la Voie lactée contient à elle seule plus de 100 milliards d'étoiles et que l'Univers pourrait en compter jusqu'à un quadrillion, un 1 suivi de 24 zéros.

Le Soleil porte la désignation G2 V. La lettre G et le chiffre 2 décrivent sa température de surface, 5772 K. Le chiffre romain V indique une naine, une étoile de la séquence principale qui fusionne encore l'hydrogène dans son cœur. La NASA donne au Soleil un âge de 4.6 milliards d'années : il aurait parcouru un peu moins de la moitié de sa vie et disposerait d'environ 5 milliards d'années avant de gonfler en géante rouge. Les unités suivantes expliquent ces deux classifications.