Astronomie, Univers, Planètes et Satellites du Système Solaire, Pratique de l'Astro, Astrophotographie, Théories Scientifiques 

  • Le modèle cosmologique de l'univers plasma

  • Les autres théories ou peut être la votre...
Les autres théories ou peut être la votre...
 #24114    par Rayon de soleil
 jeudi 7 février 2013 à 14:02
Voici le dernier message de M. Koutchmy :

Bonjour!
Depuis qu'on sait mesurer la distance au Soleil et qu'on sait mesurer la brillance de surface (flux d'energie radiative par unite de surface et par sec) on connait donc l'energie emise par le Soleil entier en permanence.
On connait aussi l'age du Soleil-etoile (rien qu'en analysant sa composition par la nucleo-synthese ou aussi, en mesurant l'age de meteorites formés dans l'Univers en meme temps que le Soleil, soit env. 4.5 milliards d'annees).
Tout ceci conduit a trouver l'origine de cette energie. On a longtemps pense comme Newton et Herschell que c'etait d'origine chimique (genre "des habitants de la grosse planete Soleil brulent du bois a sa surface qui est donc couvertes de fumees lumineuses"- ne pas rire svp en apprenant ce que pensaient ces grands hommes a l'epoque ou la distance au Soleil etait tres sous-estimee), puis que c'etait d'origine gravitationnelle (le Soleil s'effondre sur lui meme et emet l'energie potentielle perdue), mais alors cette energie sera epuisee tres rapidement et ne peut expliquer, et de loin, l'age du Soleil. La seule energie capable d'expliquer age et rayonnement, c'est l'energie E= Mc^2 de la matiere (Einstein). L'element le plus abondant etant l'hydrogene puis l'helium, on trouve facilement les reactions de fusion qui sont importantes. La physique nucleaire nous apprend aussi les conditions a remplir, temperature et pression essentiellement, au centre du Soleil ou se deroulent ces reactions. De couches en couches, on calcule la structure interne et donc les proprietes de la surface qui est elle observee directement. C'est le modele standard qui permet aussi de calculer les ondes sismiques qui sont maintenant parfaitement observees, et le rayonnement de surface qui resulte de la degenerescence des photons transmis de couches en couches, confirmant ainsi le modele. On obtient aussi la masse perdue par rayonnement par sec et c'est parfaitement compatible avec l'age mesure du Soleil et sa presque parfaite invariabilite de diametre. Quand aux reactions de fusion elles sont aussi revelees par le flux de neutrinos qui est lui aussi maintenant bien observe, compte tenu de leurs proprietes (cela a ete aussi longtemps un probleme qui est resolu aujourd'hui) et du formidable confinement des particules elementaires au centre du Soleil (confinement que l'homme aura bien du mal a reproduire en Labo!!). Voila en gros ce qui est parfaitement etabli et explique l'origine nucleaire du rayonnement du Soleil.
Les details sont dans les cours classiques d'astro et d'atmosphere stellaire et structure interne, par ex le Pecker+Schatzman chez Dunod. C'est peu enseigne aujourd'hui car considere comme un peu "vieux" comme physique par rapport a la cosmo beaucoup plus a la mode. On a donc tendance a l'oublier et ensuite a se poser des questions la ou il n'y en a plus!

Quand a l'Univers electrique de vos auteurs preferes, je vous ai deja dit qu'il faudrait d'abord commencer par parler du champ magnetique qui, lui, peut etre mesurer (difficilement) et des consequences pour des phenomenes observes dans l'Univers...


Et voici ce que j'ai répondu hier. Pour l'instant, pas de réponse.

Merci d'avoir ouvert la discussion à d'autres personnes !

Depuis qu'on sait mesurer la distance au Soleil et qu'on sait mesurer la brillance de surface (flux d'energie radiative par unite de surface et par sec) on connait donc l'energie emise par le Soleil entier en permanence.

D'accord. J'ai bien compris.

La seule energie capable d'expliquer age et rayonnement, c'est l'energie E= Mc^2 de la matiere (Einstein). L'element le plus abondant etant l'hydrogene puis l'helium, on trouve facilement les reactions de fusion qui sont importantes.

Pourquoi ne pourrait-ce pas être de l'énergie électrique provenant de l'extérieur du Système solaire, sous la forme du flux d'électrons ou d'ions observé par la sonde étasunienne IBEX (le "grand ruban") ?

La physique nucleaire nous apprend aussi les conditions a remplir, temperature et pression essentiellement, au centre du Soleil ou se deroulent ces reactions. De couches en couches, on calcule la structure interne et donc les proprietes de la surface qui est elle observee directement.

Si je ne m'abuse, vous êtes donc bien en train de me dire qu'on fait d'abord l'hypothèse de la fusion, et qu'ensuite on établit un modèle de structure interne du Soleil tout aussi hypothétique qui puisse correspondre à l'hypothèse de départ, la fusion. Est-ce que je me trompe ?

C'est le modele standard qui permet aussi de calculer les ondes sismiques qui sont maintenant parfaitement observees,

Je suis étonné qu'on puisse mesurer ces ondes. Il n'y a tout de même pas de sismographe à la surface du Soleil ! Déçu Pour la Terre, j'ai réalisé à quel point les ondes sismiques peuvent être interprétées de bien des manières... Yeux roulants

et le rayonnement de surface qui resulte de la degenerescence des photons transmis de couches en couches, confirmant ainsi le modele.

Comment peut-on en être sûr ? (élément souligné) "Je ne sais pas"

On obtient aussi la masse perdue par rayonnement par sec et c'est parfaitement compatible avec l'age mesure du Soleil et sa presque parfaite invariabilite de diametre.

Je ne comprends pas vraiment.
Encore une fois, l'hypothèse d'un Soleil électrique n'est-elle pas possible et compatible également ici ?


Quand aux reactions de fusion elles sont aussi revelees par le flux de neutrinos qui est lui aussi maintenant bien observe, compte tenu de leurs proprietes

Je ne comprends pas en quoi les neutrinos prouvent quoi que ce soit. Cette particule me fait penser au graviton, qui est à mon sens, et d'après mes représentations naïves, Y-20 une particule hypothétique (jamais détectée) bien pratique pour expliquer la gravitation, qui serait bien mystérieuse sans cela. D'ailleurs, vous ne m'avez pas donné les précisions sur ce qui est déroutant pour les cosmologistes à ce sujet.

Quant a l'Univers electrique de vos auteurs preferes, je vous ai deja dit qu'il faudrait d'abord commencer par parler du champ magnetique qui, lui, peut etre mesurer (difficilement) et des consequences pour des phenomenes observes dans l'Univers...

Pour les phénomènes observables, je vous répète qu'il y en a par dizaines, à commencer par la galaxie "red square". Pour le magnétisme, je pense personnellement que la science prend le problème (ou la question) à l'envers, en se demandant quels mouvements de matière (fer et nickel pour la graine terrestre par exemple) en sont à l'origine, alors que le magnétisme pourrait tout aussi bien être un éléments de base constitutif de l'Univers dont il en serait la trame sous-jacente en quelque sorte (je m'exprime mal), présente depuis le Big Bang.
Cordialement,
[RDS]
 #24117    par Rayon de soleil
 jeudi 7 février 2013 à 15:48
bongo a écrit :Est-ce que tu vas consulter un ouvrage de physique ?

Ce serait "bien" que tu réalises que les bouquins de physique du début du 21ème siècle ne sont pas la Bible (est-elle elle-même une référence ? zh0123 ) ne contiennent pas forcément LA vérité qui sera universellement admise sur Terre ou ailleurs zh0101 pour les siècles des siècles, amen. zh0110

Je te demande d'arrêter de vouloir que je me penche sur de tels ouvrages. Tu sais très bien que je n'ai pas le niveau et on ne se refait pas un niveau "bac + 3" ou "bac + 5" en claquant des doigts ou en ouvrant un livre. zh0109 zh0104

Quant à la réponse sur les neutrinos, elle est dans la chaîne proton-proton, où l'émission de neutrinos a été mesurée, et le taux reçu sur terre correspond aux incertitudes de mesure et calcul près à ce qui a été prévu théoriquement.
(NB : en fait non la mesure a toujours été 1/3 de la quantité prévue, cela a permis de découvrir que le neutrino avait un problème de schizophrénie zh0117 zh0126 zh0102 ).


Tout ça n'est pas du tout clair, et tu te contredis toi-même.
Je te serais très reconnaissant si tu m'expliquais en des termes que je puisse comprendre en quoi ces mystérieux neutrinos constituent une preuve qu'il y a bien une réaction de fusion au coeur du Soleil, parce que pour l'instant toi et Koutchmy insistez là-dessus, mais franchement, je ne vois pas le rapport. Allez, encore un petit travail de vulgarisation ! Merci d'avance... 0-icon_hehe 0-icon_cool Y-21
 #24123    par bongo
 vendredi 8 février 2013 à 16:11
Voici un mini-dossier rappelant quelques notions de physique nucléaire, afin d'expliquer qualitativement (avec quelques chiffres à la clé) la source d'énergie du soleil.

Introduction

De tout temps les hommes se sont demandés la nature composant le soleil, et pensaient que c'était une matière divine. Après l'invention de la spectroscopie (l'analyse de la lumière émise par le soleil, et notamment l'étude des raies d'absorption), les scientifiques ont pu montrer que le soleil est constitué du même type de matière que ce qui nous entoure sur terre. En fait le soleil est principalement composé d'hydrogène (à 75%, avec 25% d'hélium). Pour l'anecdote, l'élément chimique hélium, a été découvert en analysant le spectre d'absorption du soleil, avant d'en découvrir à l'état de trace sur terre. C'est pourquoi cet élément a pour racine hélios, terme hellénique désignant l'origine de sa découverte.

Si nous supposons que l'énergie du soleil provient de la combustion d'hydrogène (on ne se demandera pas d'où provient la quantité d'oxygène), nous arrivons à une durée de vie du soleil de quelques milliers d'années, alors que nous avons des preuves que la terre et le rayonnement solaire sont stables depuis des milliards d'années.

Dans cette présentation, on rappellera la structure atomique, puis nous verrons en quoi l'énergie nucléaire est la seule source d'énergie possible.

Rappel de la structure de l’atome

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Un atome est constitué d’un noyau central concentrant pratiquement toute la masse de l’atome (99.99% environ), chargé positivement (puisque constitué de protons de charges positives et de neutrons de charge neutre), et d’électrons entourant ce noyau. Le noyau atomique est 100 000 fois plus petit que l’atome.

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En effet, un proton est environ 1840 fois plus massif qu’un électron, et le neutron a pratiquement la même masse que le proton. Cette structure est connue depuis les expériences de diffusion de particules alpha sur une mlince feuille d’or de Rutherford (début des années 1900).

La stabilité de l’édifice atomique fut un problème pour les physiciens du XIXème siècle, parce que d’après les équations de Maxwell, une charge accélérée doit nécessairement rayonner, et donc perdre de l’énergie. Donc normalement l’électron qui tourne autour du noyau atomique doit s’écraser sur celui-ci.
La stabilité de l’atome, et la classification périodique de Mendeleiev a trouvé une réponse au sein de la mécanique quantique.

Etat de la matière au cœur du soleil

Au cœur du soleil, il y fait très chaud, tellement chaud (la température se compte en dizaines de millions de degrés), que la matière que l’on connaît n’est pas sous forme solide, ni liquide ni gazeuse. Elle est sous la forme de plasma, cela veut dire que les atomes ne peuvent exister à l’état stable. En effet, il faut voir la température comme la manifestation macroscopique de chocs microscopiques des atomes. Dans un liquide ou un solide, les atomes vibrent tout doucement. Dans un gaz, les atomes se déplacent presque librement et entrent en collision sans se faire mal (un peu comme des boules de billard). A très haute température, les chocs sont tellement violents que les atomes se retrouvent rapidement dépouillés de leur cortège électronique.

Image

Composition du soleil, et réaction

Le soleil est constitué en masse de 75% d’hydrogène, et de 25% d’hélium, mais en nombre de noyaux, ça représente 8 noyaux d'hydrogène pour 1 noyau d'hélium.

Donc au coeur du soleil il se produit des collisions. Des protons entrent en collision, en fait ils se rapprochent étant donné leur grande vitesse, mais comme ce sont des particules qui se repoussent, leur vitesse d'approche diminue jusqu'à s'annuler, les protons atteignent leur distance minimale, puis s'éloignent à nouveau.
Cela se produit dans la plupart des corps assez gros. Cependant si le corps n’a pas une masse au moins égale à 8% de la masse solaire, alors ils ne se passent rien, ces corps restent à l'état de naine brune.

Image

Pour les corps dépassant le seuil de 8% de la masse solaire, il se passe des choses. En effet, la pression et température sont suffisantes pour que les protons se rapprochent suffisamment pour fusionner en un noyau de deutérium (composé d'un proton et d'un neutron), selon la réaction suivante :

(1) p + p -> D + positron + neutrino
E1 = 0.42 MeV

La réaction (1) se lit de la manière suivante :
un proton rencontre un autre proton obtenant un noyau de deutérium un positron et un neutrino.

(1') electron + positron -> photon + photon
E1' = 1.02 MeV

Selon ce que l'on sait de la physique nucléaire, cette réaction se produit extrêmement rarement (à l'échelle des autres réactions), ceci explique pourquoi le soleil consomme lentement son hydrogène. De plus il faut bien se garder à l'esprit que ce n'est pas tout l'hydrogène qui sera consommé à la fin de la vie du soleil, mais seulement une petite fraction (quelque chose comme 10%). En effet, seul dans le coeur du soleil, les conditions sont suffisantes pour que des réactions de fusion s'y produise. Par la suite le soleil quittera la séquence principale (fusion uniquement de l'hydrogène) pour commencer à fusionner l'hélium en carbone et oxygène, se transformant en géante rouge.

Qu'adviennent-ils des produits de réaction ? le deutérium reste dans le soleil (c'est une particule lourde, elle ne se déplace pas très vite), le positron quant à lui, va s'éloigner assez vite du lieu de la réaction, mais étant donnée sa charge, il va rencontrer très rapidement un électron pour s'annihiler en rayons gamma : réaction (1').

Quant au neutrino, il intéragit si peu avec la matière qu'il quitte le soleil sans entrave. Le noyau de deutérium va rencontrer très rapidement un autre proton (puisque le noyau de l'étoile ne grouille que de ces particules), obtenant un noyau d'hélium 3 :

(2) D + p -> He3 + photon
E2 = 5.49 MeV

Cette réaction, comparée à la réaction (1) est extrêmement rapide. Ensuite des noyaux d'hélium 3 se rencontrent pour se transformer en hélium 4 :

(3) He3 + He3 -> He4 + p + p
E3 = 12.86 MeV

Cette réaction est rapide, comparée à la réaction (1), mais étant donnée la rareté des noyaux d'hélium, elle est plus lente que la réaction (2). La physique nucléaire sait quelle quantité d'énergie se dégage de chaque réaction, donc 26.7 MeV en totalité pour un neutrino émis (2E1 + 2E1' + 2E2 + E3). C'est une approximation, je pense qu'il y a une bonne quantité d'énergie emportée par le neutrino.
1 eV = 1.6e-19 J
eV se lit électron-volt, c'est l'énergie qu'acquiert un électron, accéléré sous une différence de potentiel de 1 volt.
Soit donc : 4.3e-12 J par neutrino

Et comme l'on a mesuré l'énergie dégagée par le soleil en 1 seconde : 1361 J/m² à la surface de la terre (donc à 150 millions de km), obtenant : 4*10^26 J.
On sait combien de réactions (1), (2) et (3) (qui s'appelle la chaîne proton-proton) doivent se produire en une seconde pour expliquer l'énergie dégagée par le soleil en 1 seconde. Cela correspond donc à la quantité de neutrinos émis lors de la réaction (1).

Flux = 1e38 neutrinos par seconde
Au niveau de la terre : 3e14 neutrino / m² / s
Soit : 30 milliards par cm² par seconde
(je n'arrive pas à retrouver la valeur sur internet... mais c'est à peu près ça l'idée).

Détection des neutrinos

Comment fait-on pour détecter des particules qui peuvent traverser une année-lumière de plomb comme s'il n'y avait rien ? Il faut disposer d'une source importante de neutrinos, parce que 1 neutrinos a une chance d'interagir sur 1 année lumière de plomb, mais 2 neutrinos ont 2 fois plus de chance, donc 1 chance d'interagir sur 0.5 année lumière.
Les expériences de type Gallex utilisent du germanium.

Au final, les physiciens détectent 3 fois moins de neutrinos que ce qu'ils attendaient. Est-ce que le soleil disposerait d'une source d'énergie 3 fois plus importantes que ce que nos connaissances en physique nucléaire le permettent ?

Famille des leptons

Image

Les électrons sont des particules de charge négative, et sont insensibles à l'interaction forte, mais sensibles à l'interaction électromagnétique et l'interaction faible. Les électrons sont des particules de la famille des leptons. L'électron est un lepton chargé, et le neutrino est un lepton neutre. Cela explique pourquoi le neutrino interagit très peu avec la matière. Cependant il existe d'autres leptons chargés : le muon (que l'on a confondu avec le méson pi dans les années 30) et le tau. Il se trouve que chaque lepton chargé a son neutrino associé. Cela veut dire que :
- l'électron a son neutrino électronique
- le muon a son neutrino muonique
- le tau a son neutrino tauique

Lorsqu'un électron est absorbé par un proton, celui-ci se transforme en neutron et émet un neutrino électronique. Si c'est un muon qui est absorbé, cela donne lieu à l'émission d'un neutrino muonique etc...
En fait cela met en évidence l'existence d'un nombre quantique, conservé dans les interactions faibles : la charge faible électronique, la charge faible muonique et la charge faible tauique.

Oscillation des neutrinos

Cependant, l'on a montré que les neutrinos peuvent changer de nature. C'est-à-dire que lorsqu'un neutrino électronique est émis, il peut se transformer en neutrino muonique, ou en neutrino tauique. Cela est possible si et seulement si les neutrinos ont une masse différente, puisque le taux d'oscillation des neutrinos est proportionnelle la différence du carré de leur masse.

Conclusion

Ceci résout donc le taux de neutrino observé provenant du soleil. Et cela confirme l’origine de l’énergie du soleil : la fusion thermonucléaire de l’hydrogène en hélium.
Dernière modification par bongo le samedi 9 février 2013 à 12:57, modifié 6 fois. Raison : 2ème Draft
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