Le noyau
Le noyau est le coeur du Soleil qui s'étend du centre à 
et contient 60% de masse solaire. C'est dans cette région où est produite la majorité de l'énergie solaire rayonnée par la surface. Cette énergie est générée par les réactions de fusion nucléaires de l'hydrogène. En effet, la compression gravitationnelle dans cette région est telle que la densité est de 
(la densité de l'atmosphère terrestre est de 
) et la température atteint 
. Pour l'hydrogène, ces conditions impliquent que l'énergie cinétique du à lagitation thermiquedu plasma est supérieure à la repulsion coulombienne présente lorsque 2 particules de même charge se rapprochent.
La chaine de réaction nucléaire "PP1" au coeur du Soleil conduit à la fusion de 4 hydrogene en un atome d'Hélium et est la plus énergétique :
Température de fusion au coeur du Soleil
Determiner la temperature minimale nécessaire pour que les processus de fusion se mettent en place. L'énergie thermique d'un gaz de densité n est : 
et l'energie coulombienne est 
où r est la distance entre les deux noyau et doit etre inférieure à 
, e est la charge d'un électron en coulomb 
, 
est la permettivité électrique du vide, 
est la constante de Boltzmann.
Energie de la fusion thermonucléaire
La chaine de réaction nucléaire PP1 décrite dans le cours peut se résumer à la fusion de 4 atomes d'hydrogène pour former un atome d'Helium. Lors de la fusion de 2 atomes, on peut calculer l'énergie libérée grâce à la relation d'Einstein : 
où m est la masse atomique en kg des éléments de la réaction, 
est la vitesse de la lumière et l'énergie E est en Joule.
Nous rappelons que la masse atomique est la masse moyenne d'un atome. Cette masse se calcul à partir du nombre de particules du noyau et prend éalement en compte la présence d'isotopes (meme nombres de protons et d'électrons mais un nombre différent de neutrons). L'hydrogène 
est formé d'un proton et d'un électron. Son isotope le Deuterium 
est consititué d'un proton, d'un neutron et d'un électron et le tritium 
= 1 proton, 2 neutrons et 1 electron. La masse atomique de l'hydrogène est donc 1,0079u.
Sachant que l'unité de masse atomique 
, calculez la masse atomique de 4 atomes d'hydrogène 
en kg?
La masse atomique d'un atome d'hélium est 
est 4.0026 u. En utilisant la relation masse-énergie d'einstein, calculer l'énergie libérée lors de la fusion de 4 atomes d'hydrogènes en un atome d'hélium.
Quelle est la fraction de masse d'hydrogène convertie en énergie ?
En considérant que seule 10% de la masse totale du Soleil est de l'hydrogène et peut être convertie en énergie, calculez l'énergie totale générée par fusion thermonucléaire.
L'énergie perdue par le Soleil par irradiation est 
. Estimez alors le temps de vie du Soleil pour consommer tout son hydrogène.
et 
. C'est dans cette zone que l'énergie produite au coeur du soleil est transportée par rayonnement jusqu'à la zone convective. La densité et la température diminuent respectivement d'un facteur 1000 et 10 dans cette région. Les réactions de fusion ne sont alors plus possibles et les photons en provenance du coeur entrent en collision avec les particules du plasma ambient. Lors de ces collisions l'énergie du photon est absorbée par les particules, qui sont alors exitées. Lors de leur desexitation, un photon de plus faible énergie est émis. Le
restant. Elle ne contient que 2% de la masse solaire et la température chute de 
à 
. Comme dans le cas d'une casserole d'eau bouillante, la chaleur est tranportée de la base de la zone convective à la surface solaire par le mécanisme de convection. En effet, lorsque la variation 'ou gradient' de température devient trop élevé, le rayonnement ne peut evacuer toute l'énergie et des régions vont être chauffées plus que d'autres. Ces zones plus chaudes vont alors se déplacer vers la surface sous l'effet de la poussée d'Archimède et engendrer ainsi des mouvements de matière déclenchant la convection.
Les cellules de convection sont d'ailleurs observables à la surface solaire dans la gamme visible des longueurs d'ondes. C'est la granulation, voir le film réalisé à partir des observation du pic du midi avec un filtre a 
. La taille d'un granule est d'environ 1 Mm.
QCM : Interieur solaire