Ici, sur Terre, les ingrédients nécessaires à la vie pour survivre, prospérer, évoluer et se maintenir sur notre monde ont tous coexisté sans faille pendant des milliards d’années. En plus de tous les atomes et molécules que possède notre planète, notre monde présente également les conditions propices à la présence d’eau liquide à sa surface, grâce à notre atmosphère et au fait que nous nous trouvons à la bonne distance de notre Soleil.

Pour autant, si le Soleil était nettement plus froid ou plus chaud, cette habitabilité prendrait fin brutalement. Tous les ingrédients que nous pourrions concevoir ne changeraient rien à ce simple fait : sans le bon apport énergétique de notre Soleil, la vie serait impossible. Notre Soleil contient 99,8 % de la masse du système solaire, mais il devient chaque jour plus léger. Lorsque suffisamment de temps aura passé, ses changements rendront la Terre inhabitable. Voici comment il change.

Lorsque notre système solaire s’est formé, un gros amas de masse a commencé à attirer gravitationnellement de plus en plus de matière vers lui, formant une proto-étoile en croissance. Autour d’elle, un disque protoplanétaire s’est formé, avec les graines des futures planètes du système solaire. Une course s’est alors engagée entre deux forces concurrentes : la gravitation, œuvrant à la croissance de notre proto-étoile et des planètes au sein du disque, et le rayonnement des étoiles extérieures et de notre jeune Soleil en formation.

Quand le rayonnement l’emporte finalement, notre Soleil et les planètes ne peuvent plus croître, et la matière qui continuerait à tomber est soufflée, donnant finalement naissance à notre système solaire moderne.

Ceci marque le point où notre Système solaire atteint sa masse maximale : la plus massive qu’il ne sera jamais. Cela marque également, et ce n’est pas une coïncidence, le point où notre Soleil est le moins énergétique. Tant qu’il fusionnera des éléments plus légers en éléments plus lourds, il ne dégagera plus jamais aussi peu d’énergie.

Cela ne semble-t-il pas paradoxal ? Le Soleil, à partir de ce moment, ne fera que devenir moins massif, alors que la quantité d’énergie qu’il émet ne fera qu’augmenter.

Si cela va à l’encontre de ce que vous pensez savoir sur les étoiles, vous n’êtes pas le seul. Après tout, les étoiles plus massives brûlent effectivement plus chaudes et plus brillantes, toutes choses égales par ailleurs.

Il n’y a vraiment que deux facteurs, tous en combinaison les uns avec les autres, qui déterminent la chaleur d’une étoile. Étant donné que les étoiles tirent leur énergie de la fusion nucléaire d’éléments plus légers en éléments plus lourds, nous pouvons en fait énumérer ce qui amène une étoile à dégager de l’énergie. Les facteurs sont :

1. La température au cœur de l’étoile, car des températures plus élevées signifient plus d’énergie par particule, ce qui donne une plus grande probabilité d’un événement de fusion lorsque deux particules entrent en collision.
2. La taille de la région de fusion, car des régions plus grandes où la fusion peut se produire conduit à plus de fusion dans le même laps de temps.

Si nous regardons et comparons deux étoiles différentes, la plus massive a tendance à atteindre des températures centrales plus élevées et à avoir une région de fusion plus grande. Mais si nous regardons à l’intérieur de n’importe quelle étoile individuelle, nous voyons autre chose.

Le Soleil, lorsqu’il brûle son combustible, gagne son énergie en fusionnant l’hydrogène, dans une réaction en chaîne, en hélium. La chaîne proton-proton est la façon dont notre Soleil (et la plupart des étoiles) obtiennent leur énergie, puisque le produit final (hélium-4) est plus léger et de masse inférieure à celle des réactifs initiaux (4 protons). La fusion nucléaire fonctionne sur le principe de l’équivalence masse-énergie, où une petite fraction d’environ 0,7 % de la masse totale de ce qui est fusionné est convertie en énergie via la loi E = mc2 d’Einstein.

Au fur et à mesure que cela se produit, la masse du Soleil diminue lentement ; l’énergie est transportée vers la surface, et le « déchet » d’hélium s’enfonce davantage dans la région centrale du noyau.

L’hélium à l’extrême centre ne peut pas fusionner à ces températures, donc il y a moins de fusion par unité de volume qui se produit dans les régions riches en hélium. Sans fusion, il y a moins de rayonnement, et la partie interne riche en hélium commence à se contracter sous l’effet de sa propre gravité. Mais la contraction gravitationnelle dégage de l’énergie, ce qui signifie qu’il y a beaucoup de chaleur/énergie thermique transportée vers l’extérieur.

A mesure que l’étoile vieillit, donc, les températures intérieures augmentent, et la région où la fusion peut se produire (à des températures de 4 millions de K et plus) s’étend vers l’extérieur. Globalement, le taux de fusion et le volume où la fusion se produit augmentent avec le temps. Il en résulte que le Soleil – et toutes les étoiles semblables au Soleil – augmente sa production d’énergie en vieillissant.

Au cours des 4,5 milliards d’années passées, le Soleil est devenu plus chaud, mais aussi moins massif. Le vent solaire, tel que nous le mesurons aujourd’hui, est à peu près constant dans le temps. Il y a bien quelques éruptions et éjections de masse occasionnelles, mais elles n’influent guère sur le taux global de perte de masse du Soleil. De même, la production d’énergie de fusion du Soleil a augmenté d’environ 20 % au cours de son histoire, mais il s’agit là aussi d’un facteur minime.

Si nous mesurons le taux de perte de masse aujourd’hui, dû à la fois au vent solaire et à la fusion nucléaire, nous pouvons déterminer combien le Soleil s’allège à chaque seconde qui passe. Nous pouvons également extrapoler la quantité de masse que le Soleil a perdue au cours de toute son histoire depuis sa naissance : un exploit remarquable.

Le vent solaire emporte environ 1,6 million de tonnes de masse chaque seconde, soit 1,6 × 109 kg/s. C’est beaucoup de matière, c’est sûr, et cela s’additionne sur de longues périodes de temps. Tous les 150 millions d’années, le Soleil perd à peu près la masse de la Terre à cause du vent solaire, soit environ 30 masses terrestres sur toute la durée de vie du Soleil jusqu’à présent.

De la fusion, cependant, le Soleil perd encore plus de masse que cela. La puissance du Soleil est relativement constante, soit 4 × 1026 W, ce qui signifie qu’il convertit environ 4 millions de tonnes de masse en énergie chaque seconde. À partir de la fusion, le Soleil perd donc environ 250 % de la masse, chaque seconde, qui est emportée par le vent solaire. Au cours de sa vie de 4,5 milliards d’années, le Soleil a perdu environ 95 masses terrestres à cause de la fusion : approximativement la masse de Saturne.

Au fil du temps, la quantité de masse perdue par le Soleil augmentera, en particulier lorsqu’il entrera dans la phase géante de sa vie. Mais même à ce rythme relativement régulier, la croissance de l’hélium dans le noyau du Soleil signifie que nous allons nous réchauffer ici sur la planète Terre. Après environ 1 à 2 milliards d’années, le Soleil sera suffisamment brûlant pour que les océans de la Terre se dissolvent entièrement, rendant l’eau liquide impossible à la surface de notre planète. À mesure que le Soleil deviendra de plus en plus léger, il deviendra contre-intuitivement de plus en plus chaud. Notre planète a déjà épuisé environ les trois quarts du temps où elle est habitable. Alors que le Soleil continue à perdre de la masse, l’humanité et toute vie sur Terre s’approche de son destin inévitable. Faisons en sorte que ces quelques milliards d’années qui restent comptent.