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Voyage du photon ou marche aléatoire

Le trajet chaotique de la lumière

   Catégorie : matière et particules
Mise à jour 01 juin 2013

Le Soleil produit en permanence 380 milliards de milliards de mégawatts (3,826×1026 W) et cela depuis des milliards d'années. Pour cela il consomme 4 millions de tonnes d'hydrogène par seconde. Cette perte de masse est transformée en énergie, 564 millions de tonnes d'hydrogène sont transformées en 560 millions de tonnes d'hélium.
Le Soleil fabrique son énergie par fusion nucléaire, grâce à la pression et à la température énorme qui règnent en son cœur. Cette pression et cette température obligent les électrons à se détacher des atomes et à voyager libérés des noyaux atomiques. Dès lors la matière ne se comporte plus comme un gaz mais comme un plasma. Les noyaux d'hydrogène propulsés les uns contre les autres par la pression énorme, vont se transformer en noyaux d'hélium. Ce processus de fusion génère des noyaux d'une masse légèrement plus petite et ce différentiel est libéré sous forme d'énergie.
L’énergie produite par la fusion nucléaire est véhiculée depuis le cœur du Soleil par des particules de lumière et de chaleur appelées photons.
Lorsque 2 protons fusionnent en un noyau de deutérium pour créer un noyau d'hélium, des photons sont libérés. Cette particule, créée dans le noyau solaire, transporte le rayon lumineux jusqu’à la Terre.

 

Pour nous parvenir ce photon doit traverser les différentes couches du Soleil, le temps de transit d'un photon du cœur à la surface se situe entre 10 000 et 170 000 ans en fonction des collisions. Au début le photon commence par pénétrer la zone radiative épaisse de 300 000 km, la densité est si élevée que le photon a du mal à avancer, il entre sans cesse en collision avec d’autres particules comme les atomes ionisés d’hydrogène et d’hélium. La progression du photon est chaotique, elle est appelée par les scientifiques, marche aléatoire du photon.
Le photon est absorbé par les atomes et réémis immédiatement, ce va et vient se reproduit des millions de fois. Au fur et à mesure ou il remonte vers la surface du Soleil, la densité de matière décroit, il y a moins de collisions et d’interactions, sa marche en avant est beaucoup moins compliquée.
Quand il n’est plus qu’à 200 000 km de la surface, le photon entre dans la zone convective et son rythme s’accélère, le photon est poussé vers l'extérieur, aidé par le bouillonnement de la matière. Happé par d’immenses colonnes de gaz, il ne lui faut alors qu’une dizaine de jours pour arriver à la surface du Soleil. Le photon émerge enfin des gaz de l’atmosphère solaire. Ensuite il ne lui faut que 8 mn pour franchir les 150 millions de km qui le sépare encore de notre planète.

 protubérance solaire, marche aléatoire du photon

Image : Le voyage infernal du photon : cette particule, créée dans le noyau solaire transporte les rayons lumineux jusqu’à la Terre. Pour cela elle doit traverser les différentes couches du Soleil, la zone radiative puis la zone de convection, la photosphère, la chromosphère et enfin la couronne solaire.

Les couches du Soleil

    

La lumière ne se propage pas en ligne droite, créée dans les couches chaudes et profondes du Soleil elle n’arrive sur Terre qu'après une longue marche aléatoire. Chaque photon est dévié au hasard des collisions dans les différentes couches du Soleil.
Le noyau :
Le noyau est la zone où se produit les réactions nucléaires (fusion des atomes d'hydrogène).
La zone radiative :
La zone radiative est une région ionisée de gaz denses bombardée par les rayons g issus de la fusion des protons du noyau. Ces rayons g rebondissent sur les gaz, sont absorbés puis réémis sous forme de rayons X et de rayonnement U.V.
La zone convective :
La zone convective transporte l'énergie du cœur vers la surface par convection. Les gaz amènent l'énergie à la surface du Soleil et retourne vers le fond après avoir perdu leur énergie.

 

La photosphère :
La photosphère de 160 km d'épaisseur seulement est responsable de l'émission d'énergie qui baigne les planètes, elle est tachetée de granules.
La chromosphère :
La chromosphère est une couche semi-transparente visible lors d'éclipses. C’est là que se forment les protubérances. Les spicules sont ces longs jets de matière projetée.
La couronne :
La couronne est l'atmosphère externe du soleil. Elle ondule et change de formes lors des émissions de jets de gaz. C’est la partie visible du Soleil.

 Couches du Soleil

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