L’Espace c’est Classe 2011

Sur les rayons du Soleil Jean-Yves Prado, CNES Toulouse

Plan Généralités, comment on l’étudie Sa variabilité Le Soleil Généralités, comment on l’étudie Sa variabilité Le Climat terrestre Les acteurs Le rôle possible du Soleil sur son évolution La mission PICARD Mesures du diamètre solaire lors des éclipses Importance historique des éclipses solaires Crédit: Gérard Thuillier, François Buisson, Patrick Rocher…

Le soleil Une étoile ordinaire arrivée à la moitié de sa vie: ~ 4 milliards d’années Rayon ~ 700.000 kilomètres Température de surface environ 5500 °K d’où sa couleur jaune Tourne sur lui-même en 28 jours en moyenne (24 jours à l’équateur, 32 jours aux pôles) Emet en permanence un flux de particules ionisées: le vent solaire C’est une étoile variable avec un cycle de 11 ans (+/- 2 ans) La Terre lui tourne autour à une distance moyenne de 150 millions de kilomètres (Unité Astronomique) Diamètre angulaire @1UA: ~ ½ degré= 32’= 1960’’ Le Soleil est objet d’étude parce qu’il conditionne notre existence et aussi parce que c’est la seule étoile que l’on peut étudier en détail

L’héliosismologie La méthode d’investigation de l’intérieur du Soleil

A l’intérieur du Soleil

Le spectre du Soleil La partie la plus variable du spectre solaire (UV/EUV) n’atteint pas la surface

La variabilité du Soleil

Bastille Day Event Eruptions PICARD CS#5 11 July Solar Eclipse JY Prado Davos, December 1st, 2010

La variabilité du Soleil E Ultra Violet (EIT) VISIBLE

Les taches solaires, indice historique de l’activité solaire 1625

Historique des cycles prévision des cycles à venir

Le rôle du Soleil sur l’évolution du climat terrestre

Logique de modélisation du climat GES, aérosols Eclairement solaire total et spectral Modèle du climat Comparaison Calcul des paramètres du climat (ex. T) Données du climat

GIEC 2001 Modèles du climat terrestre incluant tous les phénomènes physico-chimiques, radiatifs, dynamiques, et les interactions entre l’atmosphère et les surfaces continentales et océaniques.

Les acteurs du climat (1/2) Comment des changements peuvent-ils se produire et quels peuvent être leurs mécanismes ? LE SOLEIL : Qui en eut le premier l’idée ? Sans doute Riccioli, astronome italien qui exprimait son embarras à propos de la relation soleil/climat (1651) : « Le soleil présente de moins en moins de taches. En conséquence, la chaleur atteignant la Terre devrait être plus importante et paradoxalement, le climat est de plus en plus froid ! » Diminution du nombre de taches et rigueur du climat étaient deux faits avérés. Mais le rôle de facules solaires (http://www.cnrtl.fr/definition/facule) n’était pas alors compris. LE VOLCANISME : Le rôle des poussières dans les variations climatiques a été proposé par Benjamin Franklin après l’hiver très rigoureux de 1783-1784 qui suivit des éruptions majeures en Islande.

Les acteurs du climat 2/2 GES : LES EMISSIONS ANTHROPIQUES D’AEROSOLS, DE GAZ ET DE POUSSIERES GES : CO2 et CH4 sont d’origine naturelle. La combustion du carbone fossile et l’élevage intensif contribuent à leur augmentation. CFC et HCFC: leur concentration diminue (protocole de Montréal). HFC: leur concentration augmente car ils remplacent les CFC. Leur efficacité effet de serre est environ10000 fois plus grande que celle du CO2. Ozone AEROSOLS : la combustion de la biomasse émet de la poussière. L’OROGRAPHIE: effet des reliefs sur les vents, les sols…

Les acteurs du système climatique ROLE SOLEIL En raison de son activité variable et des paramètres orbitaux de la Terre (théorie de Milankovitch), puissance totale et spectre varient. Volcans Emission de poussière, de CO2 et de molécules acides Atmosphère Composition (H2O, GES). Nuages. Mouvements de l’atmosphère Aérosols Origine détritique, anthropique et biologique Albédo Océans (0.1) et continents (0.1 to 0.8) Océan Circulation thermohaline et de surface. Dissout et émet du CO2 en fonction de sa température Biosphère Emet/absorbe CO2. Emet CH4, et modifie l’albédo des sols Orographie Vents. Emission massive d’eau douce

Evolution historique des gaz à effet de serre IPCC, 2007

Les modèles climatiques et la reconstruction de l’éclairement solaire total Une fois un modèle construit, il faut déterminer ses entrées pour qu’il calcule la température à une période donnée, par exemple pendant le minimum de Maunder. Le résultat du calcul est comparé avec les observations et l’accord ou le désaccord permet d’évaluer la performance du modèle. La concentration des GES : connue Les aérosols : assez bien connus Eclairement solaire : plus ou moins bien reconstruit, objet de discussions passionnées.

Mesure de l ’éclairement total Deux problèmes : les désaccords sont plus grands que les incertitudes évaluées à l’aide des caractéristiques des instruments. La variabilité déduite des mesures entre les deux minima des cycles 21-22 et 22-23 n’est pas unique.

Variation séculaire de l’éclairement solaire total

Variation de la concentration des isotopes cosmogéniques ACTIVITE SOLAIRE Activité solaire croissante  production 14C décroissante Les variations de concentration de 14C sont en accord avec les variations du nombre de taches solaires.

Mécanismes possibles de connexion Soleil-Climat Effet radiatif direct : La variation de 0.1% pendant le cycle de 11 ans ne peut pas créer une grande variation de température (0.06 K, North et al. 2004). Les données (taches, …) montrent qu’il existe des variations plus grandes que 0.1 % et s’étendant sur de longues durées. Ex. le minimum de Maunder. Néanmoins, la variation de l’éclairement total serait de l’ordre de 0.2 %.  Un processus amplificateur est nécessaire. Rayons cosmiques agissant sur la formation des nuages ? Précipitations de particules : elles agissent dans la stratosphère par formation de NOX  [O3] ↓  modification de la température, de la dynamique et de l’effet de serre intrinsèque à O3. La variabilité UV modifie la concentration de l’ozone dans la stratosphère et par suite sa structure thermique et sa dynamique Si la variabilité de l’éclairement total est 0.1%, à 200 nm, la variation est de 8%. De plus, l’effet sur la structure de la stratosphère est non linéaire.

Evolution des températures selon différents paramètres Crowley et al, 2000 ___ Température mesurée ___ Température calculée (Soleil + aérosols) ___ Température calculée (Soleil + aérosols + GES)

Modélisation climatique (GES) (aérosols + Soleil ) Entrées : Soleil GES Aérosols IPSL

La variation du nombre de taches en fonction du temps Le cycle le plus évident est un cycle de 11 ans qui ne fut découvert qu’en 1843 par un pharmacien, H. Schawbe, passionné d’astronomie après 18 ans d’observation. R. Wolf collecta toute les observations et organisa la méthode d’observation dans les observatoires européens.

Modèles Température Minimum de Maunder Minimum de Dalton Maximum Actuel

Variations régionales de la température pendant le minimum de Maunder Le modèle du Goddard Institute for Space Studies-General Circulation Model (GISS-GCM) indique des variations régionales de la température pendant le minimum de Maunder. Shindell et al., Science, 2001

Conclusion préliminaire Le système climatique est très compliqué en raison du couplage entre l’atmosphère et la surface et en raison de rétroactions positives. Il y a trois forçages externes principaux qui ont leur propre variabilité : Soleil L’activité volcanique Les actions anthropiques: Au plan de la modélisation, il existe plusieurs difficultés, en particulier, la nébulosité, la reconstruction de l’éclairement solaire total et spectral. Les températures sont elles-mêmes l’objet de discussions. Au plan des mesures, le problème de la valeur absolue de l’éclairement solaire total doit être résolu ainsi que la tendance. Etant donné l’évolution prévue de la concentration des GES, la prévision de l’activité solaire à quelques dizaines d’années est nécessaire.

http://www. astrosurf. com/toussaint/dossiers/soleil_lestaches/taches5 http://www.astrosurf.com/toussaint/dossiers/soleil_lestaches/taches5.htm http://media4.obspm.fr/public/AMC/pages_introduction-soleil/atmosphere-solaire_impression.html http://www.cnrtl.fr/definition/facule