Notions de magnitude

Notions de magnitude
Notions de magnitude
1. La magnitude apparente
L'apparition des instruments
photométriques vers la fin du siècle
dernier et l'élaboration du premier
grand catalogue stellaire ont amené les
astronomes à élaborer un système de
mesure plus précis. La notion de
magnitude, telle qu'elle est utilisée
aujourd'hui, fut introduite en 1856 par
l'Anglais Norman Pogson. Elle est
définie par la formule :
m = -2,5 log E + k
où m est la magnitude apparente, E l'éclairement en lux produit par l'étoile et k une constante
arbitraire qui disparaît dès que l'on s'intéresse à la différence de magnitude entre deux astres.
De ce fait, si m1 = -2,5 log E1 + k et m2 = -2,5 log E2 + k,
Alors, E1 / E2 = 10 log ( E1 / E2 ) = 10 log E1 - log E2 = 10 ( m2 - m1 ) / 2,5
Et on a alors E1 / E2 = 10 0,4 (m2 - m1)
Entre deux astres séparés par une unité de magnitude, le coefficient est de 2,512 fois. Ainsi,
une étoile de première magnitude est 2,512 fois plus lumineuse qu'une étoile de seconde
magnitude, elle même 2,512 fois plus qu'une de troisième, etc. Le rapport entre une étoile de
première magnitude et une autre de sixième magnitude (dernière étoile que puisse percevoir
l'oeil nu) est de : 2,5125 = 100
En effet, si m2 - m1 = 1, E1 / E2 = 10 0,4 = 2,512
Et si m2 - m1 = 5, E1 / E2 = 100,4 . 5 = 102 = 100
Plus le chiffre caractérisant la magnitude apparente d'un astre est grand, plus l'astre en
question est faible. A l'inverse, certains astres particulièrement brillants se sont vu attribuer
une magnitude apparente nulle ou négative.
Nous parlons ici de la magnitude visuelle apparente. Plusieurs symboles peuvent être utilisés
pour désigner la magnitude visuelle : "mv", également abrégé "m" ou "mag". Il s'agit en effet :
d'une magnitude visuelle car nous tenon l'oeil pour récepteur de la lumière qui nous
parvient des étoiles;
d'une magnitude apparente car elle caractérise l'éclat apparent de l'astre observé sans
tenir compte de son éclat intrinsèque.
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Le rapport de luminosité entre une étoile
de magnitude visuelle apparente mv :
m1 et une étoile de magnitude visuelle
apparente mv : m2, peut être établi par la
formule :
E1 / E2 = 10 0,4 ( m2 - m1 )
E1 / E2 = 2,512 m2 - m1
m2 - m1 = 2,5 log ( E1 / E2 )

Notions de magnitude
2. La magnitude absolue
La magnitude apparente caractérise l'éclat d'un astre tel qu'il est perçu depuis la Terre, et
dépend donc à la fois de la luminosité intrinsèque de l'astre et de la distance qui le sépare de
nous. Or une étoile peu brillante mais proche nous paraîtra plus lumineuse qu'une étoile très
brillante mais très lointaine. D'où la nécessité de recourir à une échelle plus absolue pour
pouvoir comparer entre elles les luminosités réelles des étoiles ou des galaxies. La magnitude
absolue : M nous renseigne sur l'éclat apparent qu'auraient les astres si nous les ramenions
tous à la même distance de la Terre. Cette distance arbitraire est de 10 parsecs (32,6 années-
lumière).
Quelques magnitudes absolues
Objets Magnitude
étoiles supergéantes -7
étoiles naines blanches +12
Galaxies -23 < M < -9
La détermination des magnitudes absolue et apparente d'une étoile permet d'estimer sa
distance d, selon la relation :
M - m = -5 log d + 5
3. La magnitude photographique
Du temps d'Hipparque de Nicée et jusqu'à une
période récente, les astres ne se signalaient que
par leur seule lumière visible. Mais en
étendant leurs observations à l'intégralité du
spectre électromagnétique (c'est-à-dire à tous
les rayonnements invisibles), les astronomes
ont dû préciser un peu plus la notion de
magnitude. Ainsi est-il aujourd'hui nécessaire
de spécifier dans quel domaine de longueurs
d'onde une magnitude, absolue ou apparente, a
été déterminée (puisque, par exemple, un astre très discret en lumière visible peut s'avérer très
lumineux en infrarouge). De même, les astronomes parlent de magnitudes visuelle,
photographique ou photométrique selon le type de récepteur utilisé (oeil, plaque
photographique ou photomètre), car tous n'offrent pas la même sensibilité à une longueurs
d'onde donnée. Les différentes échelles sont raccordées entre elles grâce à l'observation
d'étoiles de référence.
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4. La magnitude bolométrique
Seule la magnitude bolométrique caractérise la luminosité globale d'un astre, sur l'ensemble
du spectre éléctromagnétique. Elle ne se mesure que pour un petit nombre d'étoiles, et vaut
+4,75 dans le cas du Soleil. Pour les autres étoiles, il faut procéder de façon indirecte par
comparaison avec la magnitude visuelle. La différence entre la magnitude bolométrique et la
magnitude visuelle d'une étoile s'appelle la correction bolométrique.
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