La magnitude en astronomie, qu’est-ce que c’est ?

La magnitude en astronomie, qu’est-ce que c’est ?

Si vous êtes passionnés par l’astronomie et même si vous vous intéressez à l’astronomie que depuis peu, vous avez déjà entendu parler du mot “magnitude”. Mais qu’est-ce que ça veut dire “magnitude” ? Quelle est la différence entre la magnitude apparente et la magnitude absolue ? Et quelle conséquence pour les astronomes amateurs ? C’est ce que nous allons voir dans cet article !

La magnitude

Il y a diverses façons de classifier des objets célestes, et notamment les étoiles. Un des premiers critères utilisés était la luminosité de l’objet. Dans l’antiquité on pensait que plus une étoile était brillante et plus elle était grosse. Mais ce n’est pas forcément vrai, et c’est sans compter un critère important, la distance.

magnitude pleine lune
La pleine Lune est une source de pollution lumineuse à cause de la lumière du Soleil qu’elle reflète. Photo de Neven Krcmarek

En Grèce antique on parlait d’ordres de grandeur d’étoiles. Les premières à apparaître dans le ciel étaient les étoiles de premier ordre, les secondes des étoiles de deuxième ordre et ainsi de suite. Aujourd’hui on utilise le terme de magnitude. C’est une notion différente que celle utilisée dans les autres sciences comme la sismologie (où la magnitude est l’énergie que libère un séisme). Ici, en astronomie, lorsque l’on parle de magnitude on entend luminosité. Et cette dernière se calcule et suit une échelle un peu particulière qui est une “échelle logarithmique inverse”. Ne partez pas en courant, nous allons voir ce que cela signifie mais nous ne rentrerons pas dans les calculs afin de garder un article abordable par tous. 😉

Concrètement, la magnitude est l’énergie transmise par la lumière d’un astre. On appelle cela “l’irradiance” ou encore “l’éclairement énergétique”. On l’exprime (dans le SI – système international d’unités) en watt par mètre carré. Les watts sont là pour évaluer la puissance de l’énergie, et le mètre carré est là pour donner une surface sur laquelle le calculer. Si le sujet du SI vous intéresse, je vous recommande vivement la petite série de vidéos de Bruce de la chaîne e-penser, le système international d’unités.

Comment se définit la magnitude

Comme je le disais plus haut, la magnitude suit une échelle logarithmique inverse. Ok, mais concrètement, ça veut dire quoi ? (J’ai essayé de rendre cette partie aussi compréhensible que possible. Mais si cette partie vous semble trop compliquée, n’hésitez pas à la sauter, mais il est quand même intéressant de la comprendre.)

Une échelle logarithmique, qu’est-ce que ça veut dire ?

Une échelle logarithmique est différente d’une échelle linéaire. Une échelle linéaire garde un écart équivalent entre deux unités séparées d’un écart constant. Concrètement, sur une règle graduée, on retrouve une échelle linéaire. Entre chaque unité, on a toujours la même distance et la même valeur, 1 cm dans notre exemple. Alors qu’une échelle logarithmique ne fonctionne pas de la même manière. Elle ne fonctionne pas sur des différences entre 2 graduations (comme la valeur “1cm”) à distance constante (tous les centimètres). Mais elle fonctionne sur des rapports à distance constante. Pour mieux comprendre cela, voilà un exemple. Imaginons une règle graduée qui, tous les centimètres, aurait un rapport de 10. C’est-à-dire que l’on commencerait à 0. Avec un rapport de 10, cela voudrait dire que le prochain cran est toujours situé à égale distance, disons 1 cm comme c’est une règle graduée. Mais l’écart entre les deux unités (0 à 1) indique un rapport de 10. Sur l’échelle il y aurait écrit 1, mais cela voudrait dire que c’est 10 fois plus que 0. Puis à 2, ce serait 10 fois plus que 1 et 100 fois plus que 0 (10 x 10). Et ainsi de suite.

Et inverse ?

Et inverse, c’est à interpréter de la manière suivante : au lieu d’augmenter en luminosité quand le nombre augmente, la luminosité diminue. Plus l’astre sera brillant, plus le chiffre de la magnitude sera petit (négatif). Par exemple, le Soleil a une magnitude de -26 environ. Et la pleine Lune de -12,5. Cela ne signifie donc pas que le Soleil est 2 fois plus lumineux que la pleine Lune, puisqu’il ne s’agit pas de différences mais de rapports.

Échelle de la magnitude

Concernant la magnitude, le rapport n’est pas aussi simple que 10, il s’agit d’un rapport de 2,5. C’est-à-dire qu’une magnitude de 1, est 2,5 fois moins lumineuse qu’une magnitude de 0. Concrètement, le Soleil est donc 2.5 x 2.5 x…. (14 fois en tout), plus lumineux que la Lune, car l’écart entre leur 2 unités de magnitude est d’environ 14, de -12 à -26. Cela veut dire que le Soleil est environ 400 000 fois plus lumineux que la pleine Lune depuis la Terre. 😉

C’est certes contre-intuitif, mais vous verrez que c’est très simple à se remémorer. Pour vous aider, voilà quelques valeurs de magnitudes approximatives que vous pourrez vous amuser à retenir. J’ai essayé d’arrondir les magnitudes pour les rendre plus simples à mémoriser.

  • Soleil : -26
  • Pleine Lune : -12.5
  • Vénus : -4.5
  • ISS (Station Spatiale Internationale) : -3 / en moyenne : cliquez-ici pour en apprendre plus : observer l’ISS à l’oeil nu.
  • Sirius : -1.5 (étoile la plus lumineuse après le Soleil)
  • Véga (de la constellation de la Lyre) : 0
  • Étoile polaire (Polaris) : 2
  • Magnitude limite à l’oeil nu (moyenne) : 6
  • Magnitude limite avec de bonnes jumelles : 10
  • Pluton : 13.5
  • Magnitude limite du télescope spatial Hubble : 30

Je vous insère une échelle (pas à l’échelle 😉 ) tirée du livre numérique que je vous offre sur mon site. J’y ai indiqué les objets les plus connus du ciel avec leur magnitude. Il s’agit bien sûr des magnitudes apparentes, et je vais vous expliquer tout de suite la différence entre la magnitude absolue et la magnitude apparente.

Échelle magnitude objet céleste

La magnitude apparente

La magnitude est donc la mesure de l’irradiance (ou de l’éclairement énergétique”) d’un objet céleste. Mais, comme vous vous en doutez certainement, elle dépend de plusieurs facteurs qui font que nous n’avons pas la même irradiance en fonction de notre place dans l’Univers. Le Soleil a une magnitude de -26 environ, mais clairement, à plusieurs années lumières du système solaire, la magnitude sera bien plus faible. C’est cette perception de la luminosité qui change, et il en découle une notion simple, la magnitude apparente.

La magnitude apparente dépend en fait de 2 facteurs : la distance entre l’observateur et l’objet. Mais aussi de ce que l’on appelle l’extinction. L’extinction est l’absorption ou la diffusion de lumière causée par de la matière située entre l’observateur et l’objet céleste en question (comme de la poussière ou du gaz).

Pour nous, qui sommes situés sur Terre, le processus d’extinction est très présent à cause de l’atmosphère qui se situe autour de nous. C’est pour ça que les télescopes spatiaux (comme Hubble) ont des meilleures sensibilités que les télescopes sur Terre (à diamètre équivalent).

Magnitude absolue

La magnitude absolue est définie comme la magnitude intrinsèque d’un objet céleste. En effet, lorsque l’on regarde la magnitude apparente, nous n’avons pas d’indication directe sur sa luminosité réelle.

On a donc défini une distance commune pour le calcul de la magnitude absolue afin que les résultats soient exploitables et uniformisés sur un critère commun. Cette distance est de 10 parsecs (qui est une unité astronomie), cela équivaut à environ 33 années lumières pour les objets extérieurs du système solaire. C’est-à-dire que lorsque l’on calcule la magnitude absolue, on calcule cette dernière comme elle serait perçue à exactement 10 parsecs.

Pour les objets du système solaire et les étoiles filantes (météores), on utilise d’autres distances, que vous pourrez retrouver facilement sur internet. Je ne préfère pas les donner car cela alourdirait inutilement cet article déjà assez compliqué comme ça ! 😉

Cas particuliers

La magnitude des étoiles variables

Vous avez certainement entendu parler des étoiles variables. Ou parfois juste appelées “variables”. Il s’agit d’étoiles qui présentent une variation de luminosité notable dans un temps relativement court (pouvant aller jusqu’à plusieurs mois/années). Le Soleil n’est pas considéré comme une étoile variable par exemple, on ne note pas de variation importante de sa magnitude apparente sur un temps relativement court.

Cela peut avoir plusieurs explications.

  1. Soit l’étoile est une étoile variable intrinsèque. C’est-à-dire que ce sont les conditions même de l’étoile qui changent selon un cycle plus ou moins régulier. Cela peut être dû à une modification du volume de l’étoile, l’étoile “pulse” périodiquement comme notre coeur pulserait dans notre cage thoracique (à des vitesses et proportions différentes bien sûr), on les appelle des étoiles pulsantes. Ce sont les plus représentées parmi les étoiles variables intrinsèques.
  2. Soit l’étoile est une étoile variable extrinsèque. C’est-à-dire que la variation de la magnitude apparente est causée par des conditions qui ne reposent pas sur une modification de l’étoile. Un des cas les plus connus sont les étoiles doubles. Elles se tournent autour et lorsque nous les voyons l’une devant l’autre, la magnitude diminue. On appelle ces dernières des étoiles variables optiques, ou étoiles variables à éclipses.

Il existe d’autres types d’étoiles variables intrinsèques et extrinsèques, mais je reviendrai sur ces notions dans un autre article.

Certaines étoiles variables peuvent présenter des variations de plus de 2 unités en quelques jours (soit 6 fois plus lumineux environ, avec un rapport de 2,5 par unité). Par exemple, Delta Cephei présente une variation de 2.8 à 4.6 en seulement 5 jours environ ! D’autres, comme Omicron Ceti passe d’une magnitude apparente de 2 à 10 en 330 jours environ ! Vous pourrez en apprendre plus sur ce document. -Si certains ont des sources fiables concernant les magnitudes, n’hésitez pas à les mentionner en commentaire sous l’article ! 😉

La magnitude des instruments d’astronomie

magnitude graphique télescope
Graphique de la magnitude atteinte par les télescopes Newton en fonction du diamètre du miroir principal

L’oeil nu a une magnitude limite de seulement 6 en moyenne. Ce qui signifie que nous voyons que peu d’étoiles. Nous voyons environ 6000 étoiles à l’oeil nu depuis la Terre, soit 3000 par hémisphère. Autant être direct, la vision nocturne humaine est vraiment mauvaise, d’autres animaux voient un ciel autrement plus lumineux la nuit ! On se sert donc d’instruments d’astronomie pour augmenter notre capacité à collecter plus de lumière. Avec de bonnes jumelles on peut monter facilement à une magnitude de 10. Et avec des télescopes ou des lunettes à plus que ça.

Voilà un très bon graphique de d’astrosurf que vous pouvez retrouver sur cette page.

Concrètement, avec ces indications de magnitudes limites, je vous conseille de soustraire 1 ou 2 unités à ce que vous lirez dans les descriptions de matériel, sinon vous risquez d’être déçu. On aperçoit effectivement, dans de bonnes conditions, des objets ayant ces magnitudes. Mais on ne fait que les apercevoir et cela peut être rageant après l’achat d’un télescope !

Conséquences sur l’observation et l’astronomie

Mais alors, qu’elles sont les conséquences à retenir ? À présent vous serez à même d’interpréter correctement les indications de magnitude limite sur les descriptions des différents instruments d’astronomie, comme les télescopes. C’est une connaissance de base importante à maîtriser.

Vous devinez aussi qu’en présence de pollution lumineuse, des objets célestes très peu lumineux (donc avec une magnitude élevée) seront invisibles. Pour bien le comprendre, voilà un exemple qui vous parlera à coup sûr. Prenez une bougie dans la nuit sans présence de lumière. Placez cette dernière à quelques mètres de vous, et vous la verrez très bien, elle sera même une source de pollution lumineuse assez forte. Mais placez la maintenant à 50 ou 100 mètres de vous, et là vous l’apercevez déjà beaucoup moins. Mais ce n’est pas fini, pour simuler au mieux ce qu’est la pollution lumineuse, placez un spot de lumière entre vous et la bougie. Vous imaginez bien que vous ne verrez plus la bougie ou que vous l’apercevrez à peine. Eh bien c’est un processus similaire qui a lieu avec la pollution lumineuse ! Par ailleurs, la Lune, lorsqu’elle est pleine surtout, est une forte source de pollution lumineuse. C’est aussi pour cela que les astrophotographes évitent de sortir faire des photo les soirs de pleine Lune. Sauf si c’est pour faire des photos de la Lune évidemment… 😉

Une des autres conséquences d’une faible luminosité sont les poses longues en astrophotographie. Lorsque les objets sont vraiment peu lumineux, il faut laisser le capteur de lumière (l’appareil photo) longtemps ouvert. Afin de capter bien plus de lumière !

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On a fini de faire le tour de cette notion en ne rentrant pas trop dans les détails. Si vous avez des questions ou des remarques, n’hésitez pas à laisser un commentaire sous cet article.

Et n’oubliez pas de partager cet article sur les réseaux sociaux ! 😉

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2 réactions au sujet de « La magnitude en astronomie, qu’est-ce que c’est ? »

    1. Merci pour votre commentaire Jacques, j’essaye de rendre ce blog sur l’astronomie aussi intéressant que possible. Que ce soit pour les astronomes amateurs ou pour les néophytes !

      Vous pouvez me contacter à ce sujet directement dans la zone contact du site. 😉

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