Constante solaire

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La constante solaire exprime la quantité d’énergie solaire que recevrait une surface de 1 m² située à une distance de 1 ua (distance moyenne Terre-Soleil), exposée perpendiculairement aux rayons du Soleil, en l'absence d’atmosphère. Pour la Terre, c'est donc la densité de flux énergétique au sommet de l'atmosphère.
Sur Terre :

$F = 1367 \; W.m^{-2}$ .

Cette énergie est dissipée sur l'ensemble de la surface terrestre. Le rayonnement solaire incident est :

$\bar{F} = \frac{F}{4} \simeq 342 \; W.m^{-2}$

Cette valeur moyenne est prise en compte dans le bilan radiatif terrestre.

Sommaire

1 Estimation rapide
2 Variations du rayonnement solaire
3 Une des causes du réchauffement climatique
4 Notes et références
5 Voir aussi
- 5.1 Articles connexes
- 5.2 Liens externes

[modifier] Estimation rapide

Le Soleil est un corps noir à 5780 K environ. Il émet dans un demi-espace libre un flux d'énergie de surface quantitativement estimable par la loi de Stefan-Boltzmann :

$F_{\odot} = \sigma T_{\odot}^4 = 6,45.10^7 \; W.m^{-2}$

À une distance de 1 ua = R = 150 millions de kilomètres, en posant la conservation de l'énergie rayonnée à travers l'espace, il vient que :

$4 \pi R_{\odot}^2 F_{\odot} = 4 \pi R^2 E$

$F = F_{\odot} \left( \frac{R_{\odot}}{R} \right)^2$

Avec un rayon stellaire de 695 600 kilomètres, E est estimé à :

$F = 1362 \; W.m^{-2}$

[modifier] Variations du rayonnement solaire

Depuis la formation du système solaire, il y a environ 4,7 milliards d’années, l’intensité du rayonnement solaire a augmenté. À cette époque, elle ne valait que 70% de sa valeur actuelle et pendant le Carbonifère, il y a environ 300 millions d’années, quand les premiers dinosaures sont apparus et que la végétation tropicale s’est abondamment développée, la constante solaire était environ 2,5% moins élevée qu’aujourd’hui.

On a montré que la constante solaire, exprimée comme pourcentage de sa valeur actuelle, peut se décrire par l’équation suivante (le temps t étant exprimé en milliards d’années depuis l’apparition du système solaire) :

$\left[ 1 + 0,4 \left(1 - \frac{t}{4,7} \right) \right]^{-1}$

Ainsi, dans 4,7 milliards d’années, le Soleil serait environ 67% plus puissant que maintenant, en terme de rayonnement émis. De possibles variations temporaires d’une durée de 10 millions d’années (tous les 300 millions d’années environ) pourraient expliquer les périodes glaciaires sur Terre : le pléistocène est une période glaciaire, les précédentes se produisirent il y a 300 et 700 millions d’années.
Mais d'autres effets terrestres seraient prépondérants, comme la disposition des continents (autour des pôles) ; concentration des gaz à effet de serre.

La variation de la constante solaire pourrait s’expliquer par le mouvement de notre système solaire autour de la Voie lactée. Notre système solaire tourne dans le plan de la Galaxie en environ 250 millions d’années en oscillant. Tous les 33 millions d’années, nous traversons le plan de la Galaxie ; il s'agit d'une des hypothèses évoquées pour expliquer les changements climatiques importants, potentiellement à l’origine de la disparition massive d’espèces vivantes.

La constante solaire varie également, de l’ordre de 1 à 5 W/m², sur des échelles de temps plus courtes, de quelques jours à quelques années, par exemple en raison de la présence ou l’absence de taches solaires ou de l’activité solaire.

[modifier] Une des causes du réchauffement climatique

Parmi les causes du réchauffement planétaire des XX^e siècle et XXI^e siècle, le Soleil est estimé être responsable à hauteur de 10 à 12%. Il est vraisemblable que depuis 1750, le Soleil ait fait augmenter la température moyenne du globe de 0,45°C ; le cycle des taches solaires était quasi-absent durant le petit âge glaciaire.
Néanmoins, sur le long terme, la position astronomique de la Terre par rapport au Soleil est le principal facteur de variabilité naturelle de la température globale, au travers de la « constante » solaire. Les cycles principaux concernent :

les variations de l’excentricité de l’orbite terrestre (cycle actuel de 100 000 ans) ;
l’obliquité de l'axe des pôles (cycle actuel d’environ 41 500 ans) ;
la précession des équinoxes ;
l’activité solaire, qui fluctue selon un cycle de 11 ans, caractérisé par le nombre de taches solaires.

L'intégration de tous ces facteurs et d'autres dans le cadre la théorie astronomique des paléoclimats a donné lieu à des travaux divers en climatologie et cyclostratigraphie.