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L’éclat des étoiles ou la magnitude apparente


Classé dans : Etoiles & Constellations Toutes les nouvelles du ciel

l'éclat des étoiles

Lorsque la voûte étoilée est débarrassée de sa couche nuageuse, vierge de toute pollution lumineuse et sans Lune, les étoiles brillent de 1000 feux. 1000 feux ? Certaines, vues de depuis la Terre, apparaissent, en effet, très brillantes. D’autres, au contraire, semblent à peine visibles à l’œil nu. Quantifier la brillance de ces étoiles, les classer selon leur éclat sur un ciel, qu’à l’époque, on imagine comme une voute sphérique entourant la Terre, sera l’une des tâches des premiers astronomes. Ce n’est que bien plus tard que le ciel gagnera en profondeur, lorsqu’au XIXème siècle, on sera à même de mettre en évidence que les étoiles ne sont pas toutes situées à la même distance et que l’Univers est bien plus vaste qu’on se l’imaginait.

L’éclat des étoiles : la grandeur d’Hipparque

l'éclat des étoiles

Les premiers hommes sur Terre qui levèrent leur regard vers le firmament ne furent sans doute pas sans remarquer que les étoiles ne brillaient pas toutes du même éclat. Mais le premier à s’intéresser de plus près à ces différences fut l’astronome grec Hipparque. Vers 120 av. J-C, il décida de classer les étoiles visibles à l’œil nu selon l’intensité de leur luminosité (Catalogue d’Hipparque, aujourd’hui disparu). Il détermina alors 6 catégories d’intensité de brillance qu’il nomma « grandeur ». De la « grandeur » 1 : pour les étoiles les plus brillantes jusqu’à la « grandeur » 6 pour les plus faibles, uniquement perceptible par une nuit bien noire.

L’éclat des étoiles et la multiplication des classifications ou le royaume de la subjectivité

l'éclat des étoiles

L’approche d’Hipparque sur l’éclat des étoiles est devenue populaire et a perduré. Ainsi, au XVIIème siècle, lorsque les premiers instruments font leur apparition, les astronomes détectent des étoiles invisibles a l’œil nu. Ils se contentent alors d’ajouter des catégories dans l’échelle des grandeurs d’Hipparque. Cependant le classement fournit par les différents astronomes est teinté de subjectivité car il repose sur la perception de l’observateur. Par ailleurs les bornes des catégories d’Hipparque sont assez imprécises. En résulte une multiplication des catalogues d’étoiles se contredisant quant à la « grandeur » des étoiles.

Il est temps pour les astronomes d’accorder leurs violons. John Herschel va ainsi mettre au point un dispositif permettant de mesurer indépendamment de l’œil de l’observateur la luminosité des étoiles. Il utilise ainsi un photomètre depuis le Cap de Bonne Espérance en 1836 et quantifie de manière précise l’éclat de 191 étoiles. Cette approche permet une distinction plus fine entre deux étoiles mais comment la relier au ressenti de l’observateur ? Comment la relier à l’approche d’Hipparque ?

De la « grandeur » à la « magnitude »

l'éclat des étoiles

C’est, l’astronome Robert Pogson qui va proposer de redéfinir les contours des catégories d’Hipparque  afin de les relier mathématiquement aux mesures d’éclat réalisées par des astronomes comme John Herschel. Il s’assure ainsi qu’une étoile de catégorie 2 selon Hipparque présente un éclat 2,5 fois plus intense qu’une étoile de catégorie 3, qu’une étoile de catégorie 3 présente un éclat 2,5 fois plus intense qu’une étoile de catégorie 4 et ainsi de suite. Il renomme alors la « grandeur » d’Hipparque en « magnitude » et choisi pour référence l’étoile polaire à laquelle il attribue une magnitude de 0. Les étoiles peuvent désormais présenter des magnitudes négatives dès lors qu’elles sont plus lumineuses que l’étoile de référence. Aujourd’hui, on préfère à l’étoile polaire, Vega ou bien des sources lumineuses de laboratoire.

Pourquoi une étoile vue de la Terre est plus brillante qu’une autre ?

l'éclat des étoiles

Sous Hipparque, l’éclat des étoiles  était considéré comme un témoignage de la puissance intrinsèque des étoiles. A l’époque, l’observation à l’œil nu leur laissait en effet penser que les étoiles étaient toutes situées à la même distance de la Terre. Toutes accrochées à la voûte céleste que les grecs appelaient la sphère des étoiles fixes.

Comme l’a très bien raconté Camille Flammarion le 6 juin 1874 dans la revue La Nature – Revue des sciences, il aura fallu attendre longtemps avant qu’on ne comprenne que toutes les étoiles ne se situent pas à la même distance de nous. C’est seulement à partir de 1840, que les astronomes furent en mesure de déterminer la distance de quelques étoiles. Au début du XXème siècle, elles n’étaient encore que 20 dont nous connaissions l’éloignement. Aujourd’hui, nous savons donc que si certaines étoiles nous apparaissent comme brillant plus faiblement ce peut aussi être car elles se situent loin de nous.

Mais dans le même temps, nous avons aussi appris que certaines étoiles pouvaient être bien plus massives que notre Soleil. Plus massives et donc plus lumineuses.
L’éclat des étoiles s’il dépend effectivement de la puissance intrinsèque de l’étoile comme pouvait le penser Hipparque peut donc s’avérer extrêmement faible alors même qu’une étoile est extrêmement massive, si celle-ci est très lointaine. C’est ce qui a conduit Pogson à préférer le terme « magnitude » plutôt que celui de « grandeur ».

La magnitude absolue : mesurer la luminosité intrinsèque de l’étoile

La magnitude apparente d’une étoile nous indique son aspect, vue de la Terre. Cependant, elle ne nous permet pas d’apprécier la puissance réellement dégagée par l’étoile comparée à d’autres étoiles. Les astronomes ont donc instauré une nouvelle notion pour comparer la brillance intrinsèque : celle de magnitude absolue. C’est l’éclat qu’auraient les étoiles si elles étaient toutes situées à la même distance. Cette distance a été fixée à 32 années-lumière.
La magnitude absolue permet aux astronomes de savoir de quel type est l’étoile. La magnitude apparente offre à l’observateur le moyen de se repérer dans le ciel nocturne.

 Observations : fausses impressions

l'éclat des étoiles

Nous sommes en juillet et nous pointons notre regard vers les Trois Belles d’Eté (astérisme du Triangle d’Eté). Intéressons-nous plus particulièrement à deux de ces Trois Belles: Vega et Deneb. Levons nos yeux presqu’au zénith et portons notre regard à l’opposé de la constellation du Bouvier, du côté de la voie lactée. L’étoile Vega brille d’un éclat blanc bleu tel un diamant. Pointons maintenant notre regard encore plus haut, vers l’étoile Deneb de la constellation du Cygne. Classée magnitude 1,5, Deneb brille juste un peu moins que Vega (magnitude apparente 0).

On pourrait conclure que ces 2 étoiles sont presque similaires. Il n’en est rien. Car si Vega est une étoile seulement deux fois plus massive que notre Soleil et qu’elle n’est située qu’à 25 années-lumière de la Terre, Deneb, au contraire, est une étoile supergéante. Un monstre d’étoile représentant 20 fois la masse du Soleil, irradiant 60 000 fois plus que celui-ci. Mais les 1550 années-lumière qui séparent Deneb de notre planète nous la rende plus ténue.

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L’étoile Sirius, apparence et réalité

Maintenant, c’est l’hiver : nous pointons notre regard derrière la constellation d’Orion, au ras de l’horizon, une étoile brille d’un éclat intense : c’est Sirius de la constellation du Grand Chien. Elle est l’étoile la plus lumineuse du ciel, hémisphère Nord et hémisphère Sud confondus. Elle est d’ailleurs répertoriée avec une magnitude apparente négative (-1,6). Malgré son éclat, Sirius est en réalité une petite étoile, une naine blanche. Elle ne fait que 2 fois la masse de notre Soleil. Mais sa proximité avec lui (à 8,6 années-lumière de lui) explique cette forte luminosité.

 

l'éclat des étoiles

Enfin, envolons-nous vers l’hémisphère Sud et fixons notre regard sur la voûte australe. Orientons le plus particulièrement vers la constellation du Centaure. Dans cette direction « brille » l’étoile Proxima du Centaure (alpha centauri C).

l'éclat des étoiles

Etoile située seulement à 4,2 années-lumière du Soleil, soit l’étoile la plus proche du Soleil. Mais vous ne la voyez pas briller car malgré sa proche distance, c’est une naine rouge, étoile dont la puissance de rayonnement est encore plus faible que celle d’une naine blanche. En regardant dans sa direction, ce que vous verrez en réalité ce sont deux autres étoiles plus massives situées dans les environs bien que légèrement en l’arrière-plan : alpha centauri A & alpha centauri B.

Bonne observation

*Magnitude : mot d’origine latine signifiant grandeur
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Carte de la lune


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NASA Mars Trek


Mars Trek

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