3. Climat et changement climatique

Rayonnement solaire     (4/4)

Quelle est la constance de la constante solaire?

La photosphère du soleil contient des couches complexes et beaucoup de turbulences, ce qui se traduit par une émission de rayonnement qui varie à différents endroits et à différents moments. Un groupe de taches solaires sombres, apparaissant selon un cycle de 11 ans, est particulièrement intéressant : le cycle de Schwabe. Elles s'accompagnent d'émissions lumineuses à la surface du soleil, ce qui se traduit par une légère augmentation de la luminosité du soleil. Des satellites dans l'espace mesurent ces changements avec précision depuis 1978.

Ci-dessus : Images temporelles moyennes mensuelles et annuelles de l'irradiation solaire de 1976 à 2015. À propos des sources de données : SORCE est l'expérience de la NASA sur le rayonnement solaire et le climat ; PMOD est l'observatoire météorologique physique de Davos, en Suisse ; les données indirectes ne sont pas mesurées directement, mais sont dérivées des conditions environnementales de l'époque. En bas : Fréquence moyenne des taches solaires observées sur un mois et moyenne mobile sur une période plus longue.
Source: James Hansen et al., PLOS ONE, 2013, modified.

Le « forçage solaire » 0,25 W/m² indiqué à droite du graphique indique l'influence de la luminosité du soleil sur les changements climatiques. Avec une valeur relative de 2·10^-4, il est considéré comme assez faible. Nous verrons dans la section consacrée à l'effet de serre qu'une quantité nette de 0,6 W/m² de rayonnement solaire reste sur la terre en raison de l'augmentation des gaz à effet de serre ; ce forçage continu explique le changement climatique actuel. Toutefois, le forçage solaire est périodique et n'entraîne donc pas de changements climatiques à long terme.

Nous pouvons maintenant répondre à la question posée au début du chapitre sur le rayonnement thermique: Le soleil est-il un corps noir ?

Ce n'est pas le cas, car

• l'émission thermique spectralement large de la photosphère ne peut être définie par une température exacte, en raison des températures variables des couches du soleil, et
• les nombreuses raies de Fraunhofer, spectralement étroites, se superposent au spectre d'émission thermique.

Malgré ces restrictions, le rayonnement solaire, s'il est mesuré dans l'espace sans être affecté par la diffusion et l'absorption dans l'atmosphère terrestre, peut être défini assez bien par les lois du rayonnement du corps noir, à condition qu'une grande précision de certains détails ne soit pas essentielle :

• la température de couleur est d'environ 5900 K ; à cette température, selon les résultats de la section précédente, la forme du spectre (mais pas sa luminosité !) peut être approximée par la loi de Planck sur le rayonnement ;
• la température du corps noir ou température de rayonnement T_rad, qui décrit un corps noir de même luminosité, est de 5772 K. Elle est légèrement plus froide que la température de couleur et résulte de la luminosité légèrement plus faible du spectre du rayonnement solaire extraterrestre.

Le soleil est un émetteur gris





... même si nous apprécions beaucoup ses couleurs.