Du Soleil à la Terre.

 

Le Soleil est l'objet le plus brillant et le plus familier du ciel. La Terre serait très probablement impropre à la vie sans le Soleil:

• --La vie telle que nous la connaissons a besoin d'eau liquide, et la Terre est la seule planète à en avoir : sans le Soleil, la Terre serait un rocher glacé dans l'espace. Même maintenant, la Terre est probablement le seul endroit de notre système solaire propice à la vie : toute eau sur Vénus et Mercure deviendrait de la vapeur, presque n'importe quelle eau sur Mars ou sur des planètes plus éloignées gèlerait.

• --La source d'énergie associée à la vie (et de la nourriture que nous mangeons) est la lumière du soleil qui tombe sur les plantes vertes. Presque tout notre carburant provient de ces centrales ou a été accumulé par elles (sous forme de charbon, de pétrole et de gaz naturel) il y a longtemps. Et les cellules solaires d'aujourd'hui convertissent l'énergie solaire directement en électricité.

Comment la lumière du soleil est créée?

    Le Soleil n'a pas de surface nettement définie comme celle de la Terre, car il fait trop chaud pour être autre chose que du gaz. Ce qui nous apparaît plutôt comme surface est une couche de l'atmosphère du Soleil, la « photosphère » (sphère de lumière) qui émet de la lumière (« rayonne ») à cause de sa température élevée.

    Toutes les substances chaudes émettent de la lumière, soit du type visible, soit au-delà du spectre arc-en-ciel, dans les gammes "infrarouge" (IR; "en dessous du rouge") et "ultra violet" (UV; "au-dessus du violet"). Cette lueur [appelée "rayonnement du corps noir" par les physiciens - la lueur d'un corps sans couleur propre] est la façon dont un morceau de fer chauffé au rouge ou le filament d'une ampoule électrique produisent de la lumière. Plus l'objet est chaud, plus il brille et plus sa couleur s'éloigne du rouge. Inversement, la couleur d'un objet chaud (s'il est dense) nous indique à quel point il est chaud. Dans le cas du Soleil, la couleur de la photosphère suggère une température de 5780 degrés Kelvin (degrés Celsius mesurés à partir du zéro absolu, soit environ 5500°C).

Chauffer la Terre

    La lumière du soleil transporte de l'énergie, qui réchauffe la Terre et est la force motrice de tout notre temps et de notre climat. Lorsque le sol est chauffé par la lumière du soleil, il commence à rayonner, mais étant trop froid pour rayonner ne serait-ce qu'un rouge terne, son rayonnement se situe dans la gamme infrarouge. Une marmite chaude ou un fer à repasser chaud émet également des infrarouges, et votre main peut facilement ressentir ce rayonnement (sous forme de chaleur), si elle est tenue à proximité sans toucher.

    Parce que le sol n'est nulle part aussi chaud que le Soleil, son émission est également beaucoup plus faible. Cependant, à n'importe quel endroit, le sol envoie un rayonnement dans toutes les directions dans le demi-ciel visible, tout en ne recevant un rayonnement que du petit disque solaire, ne couvrant qu'un petit cercle dans le ciel, de 0,5 degré de diamètre. Pour cette raison, l' énergie totale qu'une zone reçoit doit être égale à l'énergie totale qu'elle renvoie dans l'espace.

    Réfléchir! Si toute la chaleur de la Terre vient de l'extérieur (en négligeant la chaleur interne), et si elle maintient une température constante, une telle égalité doit exister ! Bien sûr, seule la température moyenne est stable. En fait, le sol n'est chauffé que le jour, mais il rayonne jour et nuit ; ainsi les nuits, lorsque l'énergie ne sort que dans l'espace et qu'il n'en arrive presque rien, sont plus fraîches que les jours .

L'effet de serre"

Le flux réel de chaleur est compliqué par l'atmosphère, qui a trois effets importants :

• Les nuages ​​dans l'atmosphère réfléchissent une partie de la lumière du soleil avant qu'elle n'atteigne le sol, réduisant ainsi le réchauffement du sol. Ce processus, difficile à estimer, a été suivi en mesurant "l'éclat de la terre" , la faible lueur de la partie sombre de la Lune lorsque seul un mince croissant est visible.

• L'atmosphère absorbe la lumière infrarouge (IR) émise par le sol et retarde ainsi l'évacuation de la chaleur vers l'espace, gardant le sol plus chaud qu'il ne le serait autrement.

• L'air peut circuler, et ainsi transporter sa chaleur d'un endroit à un autre. C'est ce qui produit notre temps .

    Le 3e processus est décrit plus en détail ci-dessous. C'est un vaste sujet - rendu encore plus grand par l'influence de la vapeur d'eau, qui produit la pluie, les ouragans et d'autres phénomènes intéressants - et deux sections supplémentaires lui sont également consacrées, commençant ici , et aussi une (écrite plus tard ) soulignant le processus d'échange d'énergie.

    Le deuxième processus (qui nous garde au chaud) est plus fort que le premier (qui réduit le réchauffement), donc l'effet net est que, comme une couverture, l'atmosphère aide à garder la Terre plus chaude qu'elle ne le serait autrement. C'est ce qu'on appelle « l'effet de serre », car le même processus opère dans les serres utilisées pour la culture de légumes dans les climats froids. Une serre est fermée et recouverte de vitres, qui laissent entrer la lumière du soleil, mais absorbent l'IR émis par le sol, et maintiennent ainsi la serre au chaud.

    Les principaux absorbeurs d'IR dans l'atmosphère ne sont pas l'azote et l'oxygène, les principaux constituants de l'air, mais un pourcentage relativement faible de "gaz à effet de serre" tels que la vapeur d'eau (HO), le dioxyde de carbone (CO2) et _le méthane ( CH₄ ), qui sont de puissants absorbeurs d'IR.

    Une autre molécule, responsable d'un effet important même si seule une très petite quantité est présente, est l'ozone , une variante de la molécule d'oxygène O₃ plutôt que le dioxygène habituelle. Il est produit à haute altitude par l'action de la lumière solaire sur l'oxygène ordinaire et son pic de concentration est d'environ 25 kilomètres. C'est aussi un gaz à effet de serre, mais plus important encore, il absorbe la lumière ultraviolette (UV) du soleil, qui peut provoquer des brûlures de la peau et des lésions oculaires. L'ozone présent près du sol et faisant partie de la pollution de l'air urbain provient d'un processus complètement différent.

    L'ozone à haute altitude est détruit par la présence de chlore, et récemment l'attention a été attirée sur l'élimination de l'ozone par le chlore à partir de la décomposition des gaz réfrigérants qui s'échappent, des types préférés jusqu'à récemment pour une utilisation dans les climatiseurs, les réfrigérateurs, les bombes aérosols et aussi certaines applications industrielles. Ces gaz sont très, très stables et peuvent persister dans l'atmosphère pendant de nombreuses années. Malheureusement, tôt ou tard, leurs molécules errent dans la stratosphère, où la lumière ultraviolette du soleil est capable de les briser et de libérer du chlore. En raison des dommages causés par ces gaz à la couche d'ozone, leur utilisation est progressivement supprimée.

    L'effet de serre aide à maintenir la Terre à des températures confortables pour la vie, mais c'est une situation finement équilibrée. Au cours du dernier demi-siècle, la combustion de combustibles fossiles - charbon et pétrole - a régulièrement augmenté la teneur atmosphérique en CO ₂ . La température moyenne de la Terre a également augmenté, et cette augmentation serait due à l'ajout de CO ₂ .

Impacte de la météo spatiale sur le climat

Tous les temps sur Terre, de la surface de la planète jusqu'à l'espace, commencent par le Soleil. La météo spatiale et la météo terrestre (la météo que nous ressentons à la surface) sont influencées par les petits changements que subit le Soleil au cours de son cycle solaire.  

L'impact le plus important du Soleil sur la Terre provient de la luminosité ou de l'irradiance du Soleil lui-même. Le Soleil produit de l'énergie sous forme de photons de lumière. La variabilité de la sortie du Soleil dépend de la longueur d'onde ; différentes longueurs d'onde ont une variabilité plus élevée que d'autres. La majeure partie de l'énergie du Soleil est émise dans les longueurs d'onde visibles (environ 400 à 800 nanomètres (nm)). La sortie du soleil dans ces longueurs d'onde est presque constante et ne change que d'une partie sur mille (0,1 %) au cours du cycle solaire de 11 ans.

Aux longueurs d'onde ultraviolettes ou UV (120 à 400 nm), la variabilité de l'irradiance solaire est plus grande au cours du cycle solaire, avec des changements allant jusqu'à 15 %. Cela a un impact significatif sur l'absorption d'énergie par l'ozone et dans la stratosphère. À des longueurs d'onde plus courtes, comme l'ultraviolet extrême (EUV), le Soleil change de 30 % à 300 % sur des échelles de temps très courtes (c'est-à-dire des minutes). Ces longueurs d'onde sont absorbées dans la haute atmosphère et ont donc un impact minimal sur le climat de la Terre. À l'autre extrémité du spectre lumineux, aux longueurs d'onde infrarouges (IR) (800 à 10 000 nm), le Soleil est très stable et ne change que d'un pour cent ou moins au cours du cycle solaire.

L'énergie totale intégrée à la longueur d'onde de la lumière solaire est appelée irradiance solaire totale (TSI). Il est mesuré à partir de satellites comme étant d'environ 1365,5 Watts/m2 au minimum solaire à 1366,5 Watts/m2 au maximum solaire. Une augmentation de 0,1 % de la TSI représente une variation d'environ 1,3 Watts/m2 de l'apport d'énergie au sommet de l'atmosphère. Cette énergie est diffusée, réfléchie et absorbée à différentes altitudes dans l'atmosphère, mais le changement de température de l'atmosphère qui en résulte est mesurable. Il convient de noter que le changement climatique dû à la variabilité solaire est probablement faible, mais des recherches supplémentaires doivent être effectuées.

Il existe d'autres types de conditions météorologiques spatiales qui peuvent avoir un impact sur l'atmosphère. Les particules énergétiques pénètrent dans l'atmosphère et modifient les constituants chimiques. Ces changements dans des espèces mineures telles que l'oxyde nitreux (NO) peuvent avoir des conséquences durables dans la haute et la moyenne atmosphère, mais il n'a pas été déterminé si ceux-ci ont un impact majeur sur le climat global de la Terre.

La durée du minimum solaire peut également avoir un impact sur le climat de la Terre. Pendant le minimum solaire, il y a un maximum dans la quantité de rayons cosmiques, des particules à haute énergie dont la source est en dehors de notre système solaire, atteignant la terre. Il existe une théorie selon laquelle les rayons cosmiques peuvent créer des sites de nucléation dans l'atmosphère qui engendrent la formation de nuages ​​et créent des conditions plus nuageuses. Si cela était vrai, alors il y aurait un impact significatif sur le climat, qui serait modulé par le cycle solaire de 11 ans.