Éclat et distance

Sirius paraît plus brillante que Rigel, qui émet pourtant des milliers de fois plus de lumière : Rigel est environ 100 fois plus éloignée.

Deux sens du mot brillance

Une bougie posée sur une table peut paraître plus brillante qu'un phare à l'horizon. Les astronomes distinguent ces deux notions. L'éclat apparent est la brillance d'une étoile vue d'ici. La luminosité est la quantité de lumière qu'elle émet réellement, mesurée en watts ou en unités solaires. Sirius est l'étoile la plus brillante du ciel nocturne parce qu'elle est à la fois assez lumineuse, environ 26 luminosités solaires d'après la formule de l'unité précédente, et proche, à 8.6 années-lumière. Rigel, située à environ 860 années-lumière, émet environ 120 000 luminosités solaires, mais paraît moins brillante que Sirius.

Ces grandeurs sont liées par la loi de l'inverse du carré de la distance. La lumière d'une étoile se répartit sur une sphère dont l'aire croît comme le carré du rayon. À une distance double, la même lumière couvre une surface quatre fois plus grande : chaque mètre carré n'en reçoit donc qu'un quart. À une distance dix fois plus grande, il n'en reçoit qu'un centième. Rigel est 860 ÷ 8.6 = 100 fois plus éloignée que Sirius, ce qui, à luminosité égale, la rendrait 10 000 fois moins brillante. Sa luminosité n'est qu'environ 4700 fois celle de Sirius A : elle paraît donc moins brillante.

Années-lumière et parsecs

Les distances stellaires sont si grandes que les kilomètres deviennent peu pratiques. Une année-lumière est la distance parcourue par la lumière en une année, soit environ 9.46 billions de km. C'est une distance, pas une durée. La NASA situe Proxima du Centaure à 4.24 années-lumière, soit environ 40 billions de km, et Alpha du Centaure A et B à 4.37. Comme la lumière met du temps à voyager, nous voyons chaque étoile telle qu'elle était autrefois. La NASA précise qu'en regardant Bételgeuse, située à environ 700 années-lumière selon son estimation, tu vois de la lumière partie il y a environ 700 ans.

Les astronomes professionnels emploient plus souvent le parsec, directement lié à la mesure des distances proches. Au cours de la révolution de la Terre autour du Soleil, une étoile proche semble se déplacer légèrement par rapport aux étoiles bien plus lointaines. C'est comme ton pouce, qui semble sauter quand tu fermes un œil puis l'autre. La moitié de ce déplacement annuel est l'angle de parallaxe. Une étoile dont la parallaxe vaut une seconde d'arc (1/3600 de degré) est à un parsec, soit environ 3.26 années-lumière. Distance en parsecs = 1 ÷ parallaxe en secondes d'arc. La parallaxe de Proxima vaut environ 0.77 seconde d'arc, la plus grande de toutes les étoiles. La mission Gaia de l'ESA mesure les parallaxes de bien plus d'un milliard d'étoiles.

Magnitudes

La plus ancienne échelle d'éclat est généralement attribuée à l'astronome grec Hipparque. Il aurait classé les étoiles les plus brillantes en première magnitude et les plus faibles visibles à l'œil nu en sixième. L'échelle moderne conserve ce sens inversé, les petits nombres désignent les étoiles brillantes, et fixe les écarts : 5 magnitudes correspondent exactement à un facteur 100, donc 1 magnitude à un facteur d'environ 2.512. La magnitude apparente du Soleil vaut −26.74 et celle de Sirius environ −1.46 : le Soleil paraît donc environ 13 milliards de fois plus brillant. La magnitude absolue indique l'éclat qu'aurait une étoile à la distance standard de 10 parsecs. Pour le Soleil, elle vaut +4.83 : il serait alors une étoile faible, à peine visible depuis un lieu bien sombre.