Pourquoi l’univers est-il froid malgré le soleil ?

La question peut sembler simple, mais sa réponse est complexe.

L'espace et le soleil
Pourquoi l’univers est-il froid malgré le soleil ?

Le Soleil se trouve à environ 150 millions de kilomètres de la Terre, mais nous pouvons sentir sa chaleur tous les jours. C’est étonnant de voir comment un objet lointain et brûlant peut dégager sa chaleur sur une si grande distance.

Nous ne parlons pas de températures qui enregistrent à peine sa présence. En 2019, la température au Koweït a atteint 63 °C en plein soleil. Si vous restez longtemps debout à de telles températures, vous risquez de mourir d’un coup de chaleur.

Mais le plus étonnant est que l’espace reste froid même lorsque la Terre brille à des millions de kilomètres. Alors pourquoi l’espace est-il si froid alors que le soleil est si chaud ?

Pour comprendre ce phénomène déroutant, il est d’abord important de reconnaître la différence entre les deux termes qui sont souvent utilisés de manière interchangeable : Chaleur et température.

Le rôle de la chaleur et de la température

En termes simples, la chaleur est l’énergie stockée dans un objet, tandis que la chaleur ou la froideur de cet objet est mesurée par sa température. Ainsi, lorsque la chaleur est transférée à un objet, sa température augmente. Lorsque la chaleur est retirée de l’objet, la valeur de la température diminue.

Ce transfert de chaleur peut se produire de trois manières : conduction, convection et rayonnement.

Dans les solides, le transfert de chaleur se fait par conduction. Lorsque les particules solides sont chauffées, elles se mettent à vibrer et à entrer en collision les unes avec les autres, transférant la chaleur des particules les plus chaudes aux plus froides.

Le transfert de chaleur par convection est un phénomène observé dans les liquides et les gaz. Ce type de transfert de chaleur se produit également à la surface entre les solides et les liquides.

Lorsque le liquide est chauffé, les molécules s’élèvent et emportent l’énergie thermique avec elles. Un chauffage d’appoint est le meilleur exemple de transfert de chaleur par convection.

Lorsque le chauffage chauffe l’air ambiant, la température de l’air augmente et l’air monte dans la pièce. L’air froid présent au sommet est obligé de se déplacer vers le bas et se réchauffe, créant ainsi un courant de convection.

Le transfert de chaleur par rayonnement est un processus dans lequel l’objet émet de la chaleur sous forme de lumière. Tous les matériaux dégagent une certaine quantité d’énergie thermique en fonction de leur température.

À température ambiante, tous les objets, y compris nous, les humains, émettent de la chaleur sous forme d’ondes infrarouges. Grâce au rayonnement, les caméras thermiques peuvent détecter des objets même la nuit.

Plus un objet est chaud, plus il rayonne. Le soleil est un excellent exemple de rayonnement thermique, transférant la chaleur à travers le système solaire.

Maintenant que vous connaissez la différence entre chaleur et température, nous sommes sur le point de répondre à la question posée dans le titre de cet article.

Nous savons maintenant que la température ne peut affecter que la matière. Cependant, l’espace ne contient pas assez de particules, et c’est presque un vide complet et un espace sans fin.

Cela signifie que le transfert de chaleur est inefficace. Il est impossible de transférer la chaleur par conduction ou convection.

Les radiations restent la seule option.

Lorsque la chaleur du soleil tombe sur un objet sous forme de rayonnement, les atomes qui composent l’objet commencent à absorber de l’énergie. Cette énergie commence à faire vibrer les atomes, ce qui leur fait produire de la chaleur.

Cependant, il se passe quelque chose d’intéressant avec ce phénomène. Comme il n’y a aucun moyen de conduire la chaleur, la température des objets dans la pièce reste la même pendant longtemps.

Les choses chaudes restent chaudes et les choses froides restent froides.

Mais lorsque le rayonnement du soleil pénètre dans l’atmosphère terrestre, une grande quantité de matière est excitée. Par conséquent, nous ressentons le rayonnement du soleil comme de la chaleur.

Bien sûr, cela soulève la question suivante : que se passerait-il si nous placions quelque chose en dehors de l’atmosphère terrestre ?

La pièce peut vous geler ou vous brûler facilement.

Si un objet est placé en dehors de l’atmosphère terrestre et en plein soleil, il sera chauffé à environ 120°C. Les objets autour de la Terre et dans l’espace qui ne reçoivent pas de lumière directe du soleil ont une température d’environ 10°C.

La température de 10°C est due à l’échauffement de certaines molécules s’échappant de l’atmosphère terrestre. Cependant, si nous mesurons la température de l’espace vide entre les corps célestes dans l’espace, elle n’est que de 3 Kelvin au-dessus du zéro absolu.

La principale conclusion est donc que la température du soleil n’est perceptible que lorsqu’il y a de la matière pour l’absorber. Dans l’espace, il n’y a presque pas de matière, d’où le froid.

Les deux faces de la chaleur solaire

Nous savons que les régions ombragées deviennent froides. Le meilleur exemple est la nuit, lorsque les températures baissent parce qu’aucun rayonnement ne frappe cette partie de la terre.

Dans l’espace, cependant, les choses sont un peu différentes. Oui, les objets qui sont cachés de la lumière du soleil seront plus froids que les endroits qui reçoivent la lumière du soleil, mais la différence est assez radicale.

L’objet dans l’espace sera exposé à deux extrêmes de température sur ses deux côtés.

Prenez la lune par exemple. Les zones qui reçoivent la lumière du soleil seront chauffées à 127°C et la face cachée de la lune sera à une température glaciale de -173°C.

Mais pourquoi la Terre n’a-t-elle pas les mêmes effets ? Grâce à notre atmosphère, les ondes infrarouges du soleil sont réfléchies et celles qui pénètrent dans l’atmosphère terrestre sont uniformément réparties.

C’est pourquoi nous ressentons un changement progressif de température plutôt qu’une chaleur ou un froid extrême.

Un autre exemple qui montre la polarité des températures dans l’espace est celui des effets du soleil sur la sonde Parker Solar Probe. La sonde Parker Solar Probe est un programme de la NASA qui a envoyé une sonde dans l’espace pour étudier le soleil.

En avril 2019, la sonde se trouvait à seulement 15 millions de kilomètres du soleil. Pour se protéger, il a utilisé un bouclier thermique.

La température du bouclier thermique lorsqu’il a été bombardé par le rayonnement solaire était de 121°C, tandis que le reste de la sonde était à -150°C.

L’espace est le thermos ultime

S’il n’y a rien à chauffer, la température d’un système reste la même. C’est le cas de l’espace. Les radiations du soleil peuvent le traverser, mais il n’y a pas de molécules ou d’atomes pour absorber cette chaleur.

Même si une roche est chauffée à plus de 100°C par le rayonnement solaire, l’espace qui l’entoure n’absorbe aucune température pour la même raison. S’il n’y a pas de matière, il n’y a pas de transfert de température.

Par conséquent, même lorsque le soleil est chaud, l’espace reste aussi froid que de la glace !