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ECLATS ET MAGNITUDES STELLAIRES
Un examen du ciel à l' oeil nu, même superficiel, montre immédiatement que les
étoiles diffèrent entre elles par leur plus ou moins grande luminosité : certaines
paraissent fort brillantes tandis que d'autres sont presque indiscernables. L'idée de
classer les étoiles par ordre de luminosité ou par éclat décroissant est déjà fort
ancienne puisque Ptolémée et Hipparque les avaient réparties en six « grandeurs » :
les plus brillantes étaient de première grandeur tandis les plus faibles se trouvaient
reléguées à la sixième grandeur. Ce classement était fait à vue et ne correspondait à
aucune définition précise. Galilée, avec sa petite lunette, dut introduire une septième
grandeur car le nombre d'étoiles vues à travers un instrument est plus important que
le nombre d 'étoiles vues à l' oeil nu dans une même portion de ciel. Il suffit pour s'en
rendre compte de regarder la Voie Lactée dans une simple paire de jumelles ! A
l'époque moderne, les progrès de l'instrumentation ont fait comprendre qu'il était
nécessaire de substituer à l'ancienne échelle empirique un autre système qui soit à la
fois objectif, continu et physiquement défini. Il apparaissait cependant nécessaire que
ce nouveau système s'écarte le moins possible de l'ancien modèle que des générations
d'astronomes avaient utilisé.
NOTIONS DE PHOTOMETRIE
C'est la science des mesures des intensités lumineuses
L'éclairement est la quantité de lumière reçue par unité de surface sur un écran
perpendiculaire à la source lumineuse. Il décroit proportionnellement à l'inverse du
carré de la distance à la source. Il s'exprime en « LUX »
L'intensité lumineuse s'exprime en « CANDELA » (bougie nouvelle)
Enfin, la brillance ou la luminance est l'intensité lumineuse par unité de surface de la
source.
Nous pouvons en déduire quelques formules très simples
ECLAIREMENT=INTENSITE source/distance de la source au carré ou E=I/d2
Si l'on pose BRILLANCE=INTENSITE/Surface SOURCE (B=I/s), en reportant dans
la formule précédente on obtient :
ECLAIREMENT=BRILLANCE SOURCE/DISTANCE au carré ou E=Bs/d2
L'ECLAT d'une étoile est l'éclairement qu'elle produit à la surface de la Terre.
Quelques chiffres pour s'amuser un peu : l'éclat stellaire du Soleil est de 127 000 lux,
celui de la pleine Lune arrive à peine à 0,3 lux. L'éclat d'une étoile brillante : 0,000
000 87 lux.
Si l'on voulait ramener l'éclat du Soleil à celui de la Lune, il faudrait l'éloigner de 630
U.A. Soit environ 100 milliards de k m.
LES MAGNITUDES APPARENTES
NORMAN ROBERT POGSON
Il faudra attendre 1856 pour que N.R. POGSON élabore une échelle d'éclat des
étoiles qui soit conforme à la norme scientifique sans trop s'écarter du modèle ancien.
Né le 23 mars1829 à Nottingham, il fait dans sa prime jeunesse preuve de précocité
ayant calculé l'orbite de deux comètes bien avant l'âge de dix-huit ans. Il devient
assistant à l'observatoire d'Oxford en 1851 puis, part en 1860 à Madras, en Inde ou il
réalise le catalogue du même nom comprenant 11015 étoiles. En 1868 et 1871, il
participe aux expéditions indiennes d'observation d'éclipses solaires. Il découvre au
total huit astéroïdes et 21 étoiles variables. Il dirigera l'observatoire de Madras
pendant trente ans jusqu'à sa mort. Mais il est plus connu pour sa fameuse formule
sur les magnitudes stellaires. Il faut préciser que le terme magnitude a remplacé le
terme « grandeur » qui faisait trop penser à la « grosseur » d'une étoile !
Vers octobre 1850, un physicien-psychologue-philosophe, Gustav FECHNER de
l'université de Leipzig eut l'intuition (révélation) que la sensation physiologique est
proportionnelle au logarithme de l'excitation. Ainsi pour notre vue par exemple,
l'estimation d'un écart de luminosité n'est pas conforme à cette luminosité mesurée
par un appareil impersonnel ! C'est probablement ce fait qui donna à POGSON l'idée
d'appliquer ce principe à la mesure des éclats des étoiles.
Il fit correspondre à l'échelle des grandeurs de HIPPARQUE qui est une progression
arithmétique de raison -1, une progression géométrique de raison 2,5.
éclats :
1
2,5
6,25
16
40
100
grandeurs
6
5
4
3
2
1
La correspondance entre une progression arithmétique et une progression
géométrique est la caractéristique d'un système de logarithmes. Cette propriété se
traduit par la formule dite de POGSON :
m1 – m2 = -2,5 log E1/E2
Il est à noter que l'échelle des magnitudes est ouverte le zéro de l'échelle étant la
magnitude de l'étoile Véga de la Lyre. Certaines étoiles dont Sirius (-1,58), Canopus
(-0,86) ont un éclat supérieur à celui de Véga : ces étoiles sont donc affectées d'une
magnitude négative. Vénus au mieux de sa forme atteint -4,2 soit 120 fois l'éclat
d'une étoile de magnitude 1.
On voit que connaissant l'éclat de deux étoiles et la magnitude de l'une d'entre elles,
on peut immédiatement calculer la magnitude de la seconde.
MESURE DE L'ECLAT DES ETOILES
Diverses méthodes sont employées. A titre d'exemple, la plus ancienne est celle du
coin photométrique ou absorbant : on compare la lumière d'une étoile reçue par un
instrument à celle d'une source lumineuse artificielle que l'on peut affaiblir par un
coin absorbant jusqu'à la parfaite égalité des éclats. La photo argentique a également
été utilisée : la lumière stellaire donne une image sur le cliché dont le diamètre est
d'autant plus grand que son éclat est plus élevé. Les récepteurs modernes ont rendu
obsolètes ces deux méthodes qui pourtant atteignaient une précision d'un dixième de
magnitude .
LES MAGNITUDES ABSOLUES
Le système des magnitudes apparentes (mesurées depuis la Terre) nous donne la
quantité de lumière que nous recevons des étoiles mais ne nous renseigne pas sur leur
luminosité intrinsèque à cause de l'effet de distance. Ainsi une étoile faible peut
paraître brillante parce que proche de nous alors qu'une étoile très lumineuse pourra
paraître faible parce que très loin de nous ! Pour cette raison, les astronomes ont
introduit le concept de magnitude absolue pour pouvoir comparer entre eux les éclats
réels des étoiles. On appelle magnitude absolue, la magnitude d'une étoile ramenée à
une distance de 10 parsecs soit 32,6 années lumière. La formule de POGSON
remaniée à cet effet permet d'écrire :
m(apparente) – M(absolue) = 5log d(distance) – 5
Cette écriture est intéressante car elle fait intervenir la distance de l'étoile !
Exemple : prenons notre Soleil dont la magnitude « apparente » est de – 26,74. Si on
l'éloigne par la pensée (ou le calcul) à la distance standard de 10 parsecs, sa
magnitude absolue sera de + 4,83. C'est là que la spectrographie vient nous donner un
coup de main. En effet, toute étoile qui a un spectre analogue à celui du Soleil
possède la même masse, la même température et la même luminosité que celui ci
donc, la même magnitude absolue. Supposons une étoile de type solaire dont la
magnitude apparente est 10. A quelle distance se trouve-t-elle du Soleil ? Appliquons
la formule classique tirée de la précédente : d = 10[1+0,2(m-M)] soit 62 parsecs ou
198 A.L.
Les astronomes appellent le (m-M) module de distance. C'est par ce biais que l'on a
pu calculer la distance de bon nombre d'étoiles.
Norman Robert POGSON
LES CONSTELLATIONS
L'origine des constellations remonte à la plus haute Antiquité peut-être 3000 ans
avant J.C. Les constellations portent souvent des noms d'animaux mais il faut
beaucoup d'imagination pour en retrouver la forme dans les dessins formés par ces
groupes d'étoiles. Certaines sont mentionnée dans la Bible comme ORION et la
GRANDE OURSE La plupart des constellations boréale sont citées par Eudoxe de
CNIDE, astronome grec du 4ème siècle avant J.C. et HIPPARQUE. Less
constellations du ciel austral n'ont été nommées qu'à la suite des voyages des
navigateurs européens (nuages de MAGELLAN) et par Jean BOYER en 1603,
HEVELIUS en 1650 et La CAILLE en 1752 ( le Sextant, la Machine Pneumatique,
l'atelier du sculpteur etc...noms fort peu poétiques).
Les constellations se répartissent comme suit : 12 le long de l'écliptique (le Zodiaque),
29 entre l'écliptique et le pôle céleste nord et 47 pour l'hémisphère sud soit 88 au
total !
Les étoiles les plus brillantes ont reçu un nom particulier : Sirius, Aldébaran,
Cappella et certaines des noms arabes. Dans chaque constellation l'étoile la plus
brillante est désignée par la lettre Alpha, la deuxième plus brillante par Bêta etc...
certaines, très faibles, n'ont qu'un numéro de catalogue et parfois même pas du tout !
Il faut bien comprendre que les constellations n'ont pas d'existence réelle, les étoiles
qui les composent n'ayant pas de lien physique entre elles . Elles ne sont qu'un moyen
conventionnel de se repérer dans le ciel. De plus, elles n'ont qu'une existence
éphémère à l'échelle des millénaires par suite de leurs mouvements propres qui,
peu à peu, les disloquent !
L' Union Astronomique Internationale a fixé définitivement la limite des
constellations en 1925.
ORION 3D
GRANDE OURSE 3D
MAGNITUDES PHOTOGRAPHIQUES