Qu’est-ce que la magnitude apparente d’une étoile ?
C’est une échelle qui permet de mesurer la luminosité des étoiles vues depuis la Terre avec nos yeux. Toutes les étoiles n’ont pas la même brillance : la magnitude apparente vient ainsi définir cette dernière. Plus elle sera haute, moins l’astre sera brillant et lumineux. Inversement, plus elle sera basse, plus l’étoile sera lumineuse.
Définitions
Il faut distinguer la magnitude apparente de la magnitude absolue.
La magnitude apparente d’une étoile indique sa luminosité telle qu’elle est perçue depuis la Terre. La magnitude absolue indique, elle, la luminosité réelle de l’étoile. Pour ce faire, une base commune est utilisée et cette luminosité est déterminée depuis une distance de 10 parsec de la Terre, et ce pour toutes les étoiles.
Ces magnitudes ont différentes utilités :
- La magnitude apparente sera très utile pour les astronomes amateurs puisqu’elle permettra de déterminer la capacité de votre télescope à observer une étoile (en fonction de la captation de lumière possible avec votre appareil, en rapport avec la lumière de l’étoile en question)
- La magnitude absolue par exemple est une composante de la formule (décrite plus bas) qui nous permet de déterminer la distance à laquelle se trouve l’astre en question.
Les origines de la magnitude
Hipparque avait déterminé dès le 2ème siècle avant JC que les étoiles qui apparaissent en premier lors de la tombée de la nuit étaient les plus brillantes. Il décida alors de leur donner une note de 1. Il classa alors les autres étoiles à l’aide d’une échelle de 6 grades en fonction de l’ordre des différentes apparitions.
Ptolémée a retranscrit cette méthode dans un ouvrage au 2ème siècle après JC.
Pogson va démontrer dans les années 1800 qu’une étoile de magnitude 1 est 100 fois plus brillante qu’une étoile de magnitude 6. Il va mathématiser la formule avec ce qu’on appelle la loi de Pogson.
La magnitude apparente dépend de 3 critères :
- La distance de l’étoile par rapport à la Terre
- La luminosité réelle de l’étoile
- L’extinction
Ainsi, elle ne détermine pas exactement la luminosité réelle de l’astre, mais uniquement sa luminosité apparente à nos yeux de terriens (en raison du critère numéro 1).
Les magnitudes apparentes des principaux astres
L’échelle de magnitude apparente est une échelle logarithmique inversée. Autrement dit, plus le chiffre est bas, plus l’astre sera lumineux. Sans surprise, c’est ainsi le Soleil qui obtient la magnitude la plus basse. Vénus arrive 3ème derrière ce dernier et la Lune. Au delà de 6, on ne pourra plus voir les étoiles à l’œil nu. Les télescopes les plus poussés (que ce soit Hubble ou James Webb) peuvent dépasser les magnitudes apparentes de 30 dans les observations réalisées.
| Astre | Magnitude |
|---|---|
| Soleil | -26,78 |
| Pleine Lune | -12,60 |
| Vénus | -4,5 |
| Jupiter | -2,7 |
| Mars | -2,3 |
| Sirius | -1,5 |
| Saturne | -0,4 |
| Bételgeuse | 0,58 |
| Polaris (l’étoile polaire) | 2,02 |
| Etoiles tout juste visible à l’oeil nu | 5 ou 6 pour les meilleurs ciels |
| Neptune | 7,6 |
| Pluton | 13,7 |
Les magnitudes absolues ou la luminosité réelle des étoiles
Contrairement à la magnitude apparente qui détermine notre perception de la luminosité d’une étoile, la magnitude absolue désigne, elle, la luminosité réelle de cette dernière sur une base commune (dans l’optique où elle serait située à 10 parsecs de la Terre).
Ce calcul ne prend ainsi pas en compte la distance réelle qui sépare l’étoile de la Terre. En s’affranchissant de cette dernière, on s’assure une base commune en nous focalisant uniquement sur sa vraie luminosité.
Il existe là aussi une formule mathématique qui intègre deux variables : la magnitude absolue naturellement, la magnitude apparente mais aussi la distance qui nous sépare de l’étoile. Ainsi, sur la base de ces 2 magnitudes, les astrophysiciens utilisent cette méthode pour déterminer les distances qui nous séparent de certaines étoiles nouvellement découvertes.
Quelques exemples de magnitudes absolues :
| Astre | Magnitude |
|---|---|
| Rigel (Orion) | -7,84 |
| Deneb (Cygne) | -7,2 |
| Bételgeuse (Orion) | -5,85 |
| Antarès (Scorpion) | -5,28 |
| Polaris (l’étoile polaire) | -3,65 |
| Arcturus (Bouvier) | -0,3 |
| Pollux (Gémeaux) | 1,08 |
| Sirius (Grand Chien) | 1,43 |
| Altaïr (Aigle) | 2,21 |
| Soleil | 4,74 |
On remarque des différences notables entre les magnitudes apparentes et les magnitudes absolues. Deneb et Rigel sont ainsi 40 000 fois plus lumineuses que le Soleil dont la magnitude apparente (-26,78) est pourtant bien plus importante que ces dernières.
Comment calculer la magnitude d’une étoile ?
Calculer la magnitude d’une étoile n’est pas une chose simple, au contraire. Ce n’est malheureusement pas un calcul que l’on peut réaliser en quelques minutes rapidement.
La formule mathématique pour calculer la magnitude absolue d’une étoile est la suivante :
M = m – 5 log D + 5
M étant la magnitude absolue, m la magnitude apparente et D la distance de l’étoile.
Il nous faudra donc connaître au moins deux des trois critères ci-dessus pour espérer en connaître le troisième. Pour calculer la magnitude absolue, il sera ainsi nécessaire de trouver un moyen indépendant de connaître la distance de l’étoile. De la même manière, si l’on connaît la magnitude apparente et absolue d’une étoile, on peut aisément en déduire sa distance.