► De la compréhension du Soleil par l'Homme (au cours du XXème siècle)

Le 20ème siècle marqua la naissance de l'ère atomique. A la fin du 19ème, les rayons X furent découverts, les Curie révélèrent la radioactivité dans l'uranium. Ils prouvèrent également que l'atome est fissible. Les particules Alpha furent identifiées ainsi que les rayons Beta. Il fut établi que la radioactivité est le résultat de la transformation d'atomes d'un certain élément en atomes d'un élément différent. En outre, on appris que les éléments libéraient de l'énergie à travers la radioactivité. En 1903, des calculs montrèrent que 3,6 g/m3 de radium dans le Soleil pourraient fournir toute la chaleur produite à la surface de l'étoile (à noter que la chaleur issue de sources radioactives est souvent utilisée comme source d'énergie sur les vaisseaux actuels comme Cassini). Cependant il n'existe aucune preuve spectroscopique de la présence d'une telle quantité de radium dans le Soleil.
La découverte de la radioactivité eut des conséquences sur l'estimation de l'âge de la Terre. Des recherches menées sur l'uranium contenu dans les roches terrestres démontrèrent que notre planète devait être âgée d'au moins un milliard d'années. Dans les années 20, on admit que l'estimation de KELVIN était fausse et que la Terre était âgée de plusieurs milliards d'années. Aujourd'hui, on estime que le système solaire s'est formé il y a 4,5 milliards d'années. En 1905, EINSTEIN proposa une théorie selon laquelle l'énergie et la masse sont équivalents, comme cela est exprimé dans sa célèbre équation : E = mc². Il devint alors tentant de penser que l'atome était la clé pour comprendre les processus de production d'énergie au sein du Soleil et des autres étoiles.
Dans les années 20 et 30, grâce aux nouvelles connaissances acquises en physique et en matière de masses isotopiques, des physiciens parmi lesquels Arthur EDDINGTON, Hans BETHE et Carl VON WEIZACHER établirent que la réserve d'énergie du Soleil était de nature subatomique, écartant ainsi définitivement la théorie sur la contraction émise par KELVIN. Cela marqua également le moment où le ˝ modèle solaire standard ˝ commença à prendre forme, un modèle dans lequel les protons se percutent au coeur du Soleil, fusionnent et produisent finalement de l'hélium ainsi que de l'énergie sous la forme de photons de lumière. Cependant dans les années 20, il resta aux astrophysiciens un dilemme à résoudre : l'énergie cinétique des particules dans le Soleil, à la température calculée par EDDINGTON était trop faible pour que des réactions de fusion nucléaires puissent se produire. Le Soleil, à cette température, n'était pas assez chaud pour accélérer suffisamment les protons pour qu'ils puissent vaincre les puissantes forces répulsives électrostatiques qui les empêchent de s'approcher assez près pour fusionner.
Une nouvelle révolution était nécessaire. Ce fut le développement de la théorie quantique et la compréhension de la physique des particules subatomiques.
Deux importants concepts de physique quantique furent découverts dans les années 20. Ils eurent d'importantes conséquences sur le dilemme de la fusion solaire. Tout d'abord, on put décrire une force (que l'on nommera force nucléaire) qui entre en action sur des distances nucléaires extrêmement courtes et qui, à ses distances, est capable de contrecarrer les forces électrostatiques répulsives intervenant entre les protons. Puis, dans le monde quantique des particules subatomiques tels que les protons et les électrons, les particules se comportent de la même façon que des ondes. Agir comme une onde implique une définition imprécise de la particule, puisque les ondes se répandent et n'occupent pas un volume défini.
Avec ces deux concepts, il devint possible d'offrir un scénario plausible sur le fonctionnement de la fusion nucléaire au coeur du Soleil à des températures relativement ˝ basses ˝. Tout d'abord, si les protons parviennent à s'approcher suffisamment les uns des autres, la ˝ force nucléaire ˝ pourra contrecarrer les forces électromagnétiques répulsives. Ensuite, si les particules agissent comme des ondes, elles peuvent s'entremêler, devenant ainsi suffisamment proches pour que la ˝ force nucléaire ˝ puisse entrer en action. On exposa rapidement que l'énergie du Soleil pouvait résulter de la fusion des protons, même si à cette époque, on ne disposait encore d'aucune certitude sur la structure chimique du Soleil.
Ce ne fut pas avant les années 30 que les scientifiques, grâce à des techniques spectroscopiques, établirent que l'hydrogène est l'élément le plus abondant dans le Soleil. Néanmoins, il faut noter que ce manque de connaissance à propos de la composition exacte du Soleil demeura un barrage aux progrès scientifiques. Il fallu attendre les années 50 pour avoir la certitude que la fusion des protons est d'une extrême importance dans le processus de production d'énergie solaire.
Le but de la mission GENESIS, lancée en 2001, est de collecter des échantillons de vent solaire et de les ramener sur Terre en 2003 pour analyse. Les scientifiques du monde entier travailleront sur ces échantillons qui seront conservés dans un laboratoire spécial au Johnson Space Center de Houston, au Texas. Les recherches porteront sur la composition isotopique du vent solaire. Les résultats constitueront une base de connaissances à propos du Soleil.

Ceci est la traduction d'un document publié par le Jet Propulsory Lab de la NASA concernant la mission GENESIS et intitulé : ˝ A history of our understanding of the Sun. A closer look . ˝