Éclat et couleur des étoiles

Cinq magnitudes correspondent exactement à un rapport d’éclat de 100 : Sirius paraît donc environ 25 fois plus brillante que la Polaire.

Une échelle à l’envers

Les astronomes mesurent l’éclat apparent d’une étoile avec l’échelle des magnitudes. Elle surprend au début : plus le nombre est petit, plus l’étoile brille. L’idée est ancienne. Au 2e siècle, le catalogue de Ptolémée classait les étoiles en six catégories : les plus brillantes étaient « de première magnitude » et les plus faibles visibles à l’œil nu de sixième magnitude. En 1856, Norman Pogson a donné une définition mathématique à cette échelle. Il a fixé une différence de cinq magnitudes à un rapport d’éclat d’exactement 100. Une magnitude correspond alors à la racine cinquième de 100, soit environ 2.512.

Pour les objets les plus brillants, il a fallu prolonger l’échelle au-delà de 1 : les étoiles très brillantes ont donc des magnitudes proches de zéro ou négatives. Dans le Bright Star Catalogue, Véga est à 0.03 et Sirius, l’étoile la plus brillante du ciel nocturne, à −1.46. Les planètes vont encore plus loin : Vénus atteint environ −4. À l’autre bout, Pogson a pris la magnitude 6 comme limite de visibilité sans télescope, même si, sous un ciel vraiment noir, de bons yeux peuvent faire un peu mieux.

Calculer des rapports d’éclat

Pour comparer deux étoiles, calcule leur différence de magnitude, Δm, puis 2.512 à la puissance Δm, ou plus exactement 10^(0.4 × Δm). Sirius (−1.46) et la Polaire (2.02) ont un écart de 3.48 magnitudes : Sirius paraît donc 10^(0.4 × 3.48) ≈ 24.7 fois plus brillante. Entre Sirius et Deneb (1.25), l’écart est de 2.71 magnitudes, soit un rapport d’environ 12. Une étoile de magnitude 6 est environ 244 fois moins brillante que Véga. Il s’agit d’éclats apparents, c’est-à-dire vus depuis la Terre. Deneb est en réalité l’une des étoiles les plus lumineuses que nous voyons ; son éclat ne paraît modeste que parce qu’elle est très éloignée.

Combien d’étoiles peux-tu voir ?

Le Bright Star Catalogue répertorie 9110 objets, soit presque toutes les étoiles jusqu’à la magnitude 6.5. Si l’on compte les entrées, 5080 ont une magnitude de 6.0 ou moins sur l’ensemble du ciel. À tout instant, seule la moitié du ciel est au-dessus de l’horizon, et l’éclat des étoiles proches de l’horizon est atténué par l’épaisse couche d’air traversée : même lors d’une nuit parfaite, tu en vois donc tout au plus quelque deux mille. En ville, la lueur des lampadaires éclaire le fond du ciel et noie les étoiles faibles ; souvent, seules celles plus brillantes que la magnitude 3 ou 4 restent visibles. Le catalogue entier ne contient que 518 étoiles de magnitude 4.0 ou moins. Ce sont ces 518 étoiles, plus quelques étoiles plus faibles utilisées dans les tracés, qui figurent dans le modèle de ce cours.

Les couleurs des étoiles

Regarde attentivement : les étoiles ne sont pas toutes blanches. Bételgeuse est nettement orange, Rigel blanc bleuté, Antarès rougeâtre et Capella jaunâtre. La couleur indique la température de surface : les étoiles plus froides brillent en rouge et orange, les plus chaudes en blanc et bleu. Les astronomes mesurent cette couleur en comparant l’éclat à travers un filtre bleu (B) et un filtre jaune-vert (V). La différence B−V est l’indice de couleur. Une étoile chaude blanc bleuté comme Rigel a un B−V proche de zéro (−0.03 dans le catalogue) ; Bételgeuse a 1.85 et Antarès 1.83. Le modèle convertit le B−V de chaque étoile en couleur à l’aide d’une approximation courante : les géantes orange des ciels d’hiver et d’été ressortent ainsi nettement.

Pourquoi les étoiles faibles semblent-elles blanches même lorsqu’elles sont rouges ? Les cellules de l’œil sensibles aux couleurs, les cônes, ont besoin de plus de lumière que les bâtonnets, qui fonctionnent dans l’obscurité. Sous un certain éclat, seuls les bâtonnets réagissent, et ils ne distinguent pas les couleurs. C’est pourquoi la couleur est plus facile à voir sur les étoiles brillantes, et pourquoi des jumelles, qui recueillent davantage de lumière, montrent bien mieux les couleurs des étoiles que l’œil nu.