4-Le soleil, un réacteur nucléaire

Dossier 1 - Le carburant du soleil

Le soleil ne brillera pas éternellement…

Source : https://themysteriousuniverse4u.weebly.com/stage-5-white-dwarf-neutron-star-or-black-hole.html (modifié)

Source : ScienceClic

Document 1 - Création d'ondes électromagnétiques lors des réaction de fusion nucléaire dans le soleil

Dans le soleil, des noyaux d'hydrogène (1H) fusionnent et donnent des noyaux d'hélium (4He).

Lors de ces réactions de fusion nucléaire, une très grande quantité d'énergie est libérée sous forme de rayons gamma (des ondes électromagnétiques) et de neutrinos (des particules).

Les rayons gamma produits au centre du soleil se transforment ensuite en photons lumineux qui sont émis par l'étoile dans toutes les directions de l'espace.

Source (illustration) : https://fr.wikipedia.org/wiki/Fusion_nucl%C3%A9aire

Document 2 - Équivalence entre masse et énergie

L'équation E = m.c2 établit l'équivalence entre la masse (m) et l'énergie (E) de la matière, avec c la vitesse de la lumière dans le vide.

Comme la valeur de c est très grande (3,0.108 m.s-1), une toute petite quantité de matière contient potentiellement une quantité énorme d'énergie : c'est ce qui est mis à profit dans les centrales nucléaires… et les bombes atomiques.

Pistes d'exploitation

  1. Quel est le "combustible" du soleil ?
  2. En utilisant les relations d'équivalence entre la masse (m) et l'énergie (E) d'une part, entre la puissance (P) et l'énergie d'autre part, écrire la masse m en fonction de la puissance, du temps (t), et de la vitesse de la lumière (c).
  3. Quelle donnée manque pour calculer la masse de combustible consommé par seconde ?

Document 3 - Le rayonnement solaire arrivant sur Terre

Source : lelivrescolaire (page 85)

Document 4 - La constante solaire

Au niveau de la Terre, F = 1368 W.m-2.

Source : http://villemin.gerard.free.fr/Astronom/aaaBases/ConSolai.htm

Pistes d'exploitation

  1. Coup de pouce

    La surface d'une sphère de rayon R vaut 4πR2.

    À partir de la constante solaire, comment peut-on calculer la puissance totale émise par le soleil ?
  2. En utilisant l'équation établie dans la question b, calculer la quantité de combustible que le soleil consomme chaque seconde.