Par:Michael Gmirkin

Le paradoxe du gradient de température du soleil[1]

Michael Gmirkin[2]

Avec le temps, les théories cessent d’être tenues pour théoriques et commencent à être prises pour un fait inattaquable et indiscutable. Cependant, de telles hypothèses fondamentales indiscutées feront, un jour, la ruine de la science.

L’une de ces théories –qui s’est solidifiée en un tel « fait » rarement remis en cause–  est le modèle thermonucléaire du soleil. Selon ce modèle, une étoile est une boule de gaz si massive qu’elle se comprime elle-même sous son propre poids et commence à subir des réactions de fusion au sein du noyau. Ce modèle remonte en grande partie à Sir Arthur Eddington, un astrophysicien anglais très en vue au début du 20^ème siècle :

« Il ne suffit pas d’expliquer le rayonnement externe de l’étoile. Nous devons pourvoir au maintien de la haute température interne, sans laquelle l’étoile s’effondrerait. »

« Aucune source d’énergie n’est d’une utilité quelconque, à moins qu’elle ne libère de l’énergie dans les profondeurs de l’étoile. »

« …par un processus d’élimination nous sommes amenés à conclure que la seule source d’énergie possible est subatomique; cependant on doit avouer que cette hypothèse se prête difficilement aux exigences minutieuses de l’observation, et un critique pourrait compter un grand nombre d’objections « fatales ». »[3]

Un critique pointilleux pourrait souligner que, selon Karl Popper, il suffit d’une seule objection fatale étayée pour « falsifier » le modèle, pour en démontrer la fausseté.

Le profil observable de température du soleil est-il en désaccord avec le profil théoriquement attendu? Si oui, cela constitue-t-il une contradiction directe et donc une « falsification » de la théorie actuelle des étoiles ?

En termes simples, le modèle thermonucléaire des étoiles proposé par Eddington et autres requiert une fusion nucléaire dans le noyau de l’étoile. Cette fusion libère de l’énergie, engendre des températures extraordinairement élevées équilibrant ainsi thermiquement les gaz de l’étoile et empêchant son effondrement dû à l’auto-gravitation, en théorie.

Ainsi, les astrophysiciens s’attendent à trouver dans le soleil un gradient très élevé de température depuis le noyau vers l’extérieur. Le reste de l’étoile est chauffé par l’énergie transférée à partir du noyau vers l’extérieur et les zones adjacentes. L’énergie produite par fusion dans le noyau doit donc traverser de nombreuses couches successives jusqu’à la photosphère avant de s’échapper dans l’espace sous forme de lumière solaire.

Il faut aussi remarquer que l’intérieur du soleil n’est pas observable directement : on utilise une modélisation du soleil sur ordinateur comme instrument théorique d’investigation de ses zones profondes.

Mais les observations du simple monde réel confirment-elles les grandioses théories actuellement en vogue ?

Non, elles ne le font pas. Laissant de côté tout modèle spécifique d’antan, observons objectivement autant que nous le pouvons le profil de température de l’atmosphère solaire.

Il y a plusieurs régions de l’atmosphère solaire qui sont directement observables par les instruments modernes. En allant de l’extérieur vers l’intérieur, ce sont respectivement la couronne, la chromosphère et la photosphère.

La température de la couronne est dans une fourchette allant de 1 million à 4 millions de degrés°Kelvin. La température de la chromosphère va de 20 000 à 1 million de degrés Kelvin dans la zone de transition juste en dessous de la couronne et de 6.000 à 20.000°K dans la portion plus profonde de la chromosphère. La photosphère est plus froide encore, se situant approximativement dans une fourchette de 4.000 à 6.000°K.

Les centres des taches solaires, qui sont sans doute des trous percés dans la photosphère, sont le zones les plus froides de la partie observable du soleil : d’environ 3.000 à 4.500°K. Les taches solaires sont produites lorsque de puissants champs magnétiques percent la surface du soleil, écartant la dernière couche du corps du soleil (la photosphère) et mettant à nu l’intérieur plus froid, donc plus sombre, du soleil.

Dire « plus froid » est un terme impropre, car rien ne peut être « froid » sur le soleil. Mais comparé à la température de la photosphère d’environ 6.000°K, l’intérieur d’une tache solaire peut descendre jusqu’à 3.000°K. Pourquoi les taches solaires révèlent-elles un intérieur du soleil plus sombre et plus « froid », alors que l’intérieur du soleil est censé être plus chaud que la surface (à cause de la fournaise thermonucléaire engendrant des températures extrêmes qui devraient se diffuser de l’intérieur vers l’extérieur) ? Ceci demeure un mystère.

Si les taches solaires ouvrent une percée dans une zone plus profonde du soleil et que les zones plus profondes sont supposées plus chaudes, les taches solaires ne devraient–elles pas être plus brillantes et plus chaudes que la photosphère environnante ?

Le fait que les taches solaires font apparaitre un intérieur du soleil plus sombre et plus froid infirme donc la théorie du soleil thermonucléaire.

A dire vrai, les températures observables de l’atmosphère solaire inversent le profil de température théorique attendu. Alors que le modèle thermonucléaire du soleil prévoit la fusion dans le noyau (extrêmement chaud) et un gradient[4] de température déclinant fortement vers l’extérieur, les observations montrent justement le contraire ! La région la plus externe du soleil (directement observable) est la plus chaude, alors que la région la plus interne (mais, là aussi, encore directement observable) est la plus froide.

On se demande si Sir Arthur Eddington aurait imaginé le modèle thermonucléaire des étoiles au cas où les observations modernes de température de l’atmosphère solaire auraient été disponibles à son époque.

La juxtaposition du profil des températures observables et des disputes théoriques sur le modèle thermonucléaire du soleil et des étoiles aboutit à un paradoxe quant aux relations thermodynamiques!

Les observations du monde réel montrent que l’atmosphère solaire est la plus chaude à l’extérieur et la plus froide à l’intérieur. Le soleil thermonucléaire est censé être le plus chaud à l’intérieur et le plus froid à l’extérieur, en théorie.

Si les deux modèles sont superposés vous obtenez un état contradictoire avec un noyau chaud et une couronne chaude et une température minimum dans la photosphère intermédiaire (ou peut-être juste en-dessous d’elle). Cela semble bien être la situation difficile dans laquelle les astrophysiciens se trouvent embourbés.

Comment une telle température minimum peut-elle être maintenue entre deux régions extraordinairement chaudes ? La chaleur des deux régions adjacentes ne devrait-elle pas se diffuser dans la région froide et la chauffer jusqu’à sa disparition complète?

Précisément, cette question fut soulevée par l’ingénieur électricien Ralph Juergens en 1972:

« Pour la théorie reçue (le soleil thermonucléaire) la conviction essentielle est celle d’un rapide gradient de température à l’intérieur du soleil, tombant vers la photosphère, le long duquel l’énergie interne s’écoule vers l’extérieur. Si nous superposons ce gradient interne avec le gradient de température observé dans l’atmosphère solaire lequel chute fortement vers l’intérieur, vers la photosphère, nous constatons que nous avons mis en diagramme une absurdité physique. Les deux gradients produisent une dépression dans la photosphère, impliquant que l’énergie thermique devrait s’assembler et rester là jusqu’à ce qu’elle fasse monter la température et élimine la dépression. Que ceci ne se produise pas ne semble pourtant inquiéter personne ! (Ralph E. Juergens)

A ce jour, il semble n’exister aucune bonne réponse à la question de savoir pourquoi, dans un modèle de soleil thermonucléaire, un tel minimum contradictoire de température devrait exister et surtout perdurer. Sa seule existence devrait être une donnée suffisante pour « falsifier » le  modèle thermonucléaire qui l’a engendré.

Revenons à Sir Arthur Eddington qui, dans son livre The Internal Constitution of Stars, formula ainsi le débat sur la constitution des étoiles : en cherchant une source d’énergie autre que la contraction, la première question est de savoir si l’énergie qui rayonnera dans le futur est maintenant cachée dans l’étoile, ou bien si elle est prélevée en permanence à l’extérieur. Il a été suggéré qu’un impact de matière météorique fournit la chaleur, ou qu’il existe quelque radiation subtile traversant l’espace et que l’étoile capte.

Sir Arthur Eddington opta pour la première solution, croyant que les étoiles entretiennent de façon interne la grande majorité de l’énergie qu’elles dispensent au cours de leur vie. Il écarta l’autre terme de l’alternative, apparemment sans préjugé ni réflexion poussée. Comme en réponse à Eddington, la citation ci-dessus de Ralph Juergens se poursuit ainsi:

…supposons que nous enlevions le gradient hypothétique de température interne. Que se passe-t-il ? Nous voyons alors que l’atmosphère gonflée du soleil  et le gradient réel de température  de cette atmosphère « dans le mauvais sens » orientent fortement vers une source extérieure de l’énergie solaire.

Peut-être Eddington se dupait-il lorsqu’il imaginait que la fournaise thermonucléaire interne était ce qui fait briller les étoiles. Est-il possible que « quelque radiation subtile traversant l’espace et captée par l’étoile » soit plutôt la responsable de leur brillance ?

Réfléchir de nouveau à la source d’énergie du soleil et des étoiles aura finalement des conséquences très importantes pour l’astronomie et la cosmologie. Il est peut-être temps de reconsidérer quelques-unes des hypothèses fondamentales à la base des théories de l’astrophysique moderne et de déceler ce qui va devoir être écarté à la lumière des observations contemporaines.

[1] Dissecting Bad Models– Solar Temperature Gradient Paradox

In: www.thunderbolts.info du 8 mai 2010. Traduction Claude Eon.

[2] L’auteur est un des promoteurs de la théorie de « l’univers électrique », selon laquelle les forces électriques en jeu dans le cosmos l’emportent de beaucoup (en niveau d’énergie et en valeur explicative) sur toutes les autres forces, et notamment sur la gravitation.

[3] Arthur Eddington, The Internal Constitution of  Stars (1926) [La constitution interne des étoiles]

[4] Ndlr Gradient : un dégradé régulier de la température, comme au sein d’un corps qui refroidit tout en restant toujours plus chaud à proximité du cœur, du moins jusqu’à l’équilibre final à la température ambiante.