On parle de la magnitude d’un astre pour désigner sa luminosité dans le ciel.
Il existe la magnitude apparente, qui désigne la luminosité en fonction de l’endroit où l’on se trouve (sur Terre, souvent) et la magnitude absolue, qui rend compte de la luminosité de cet astre si on se trouvait à 10 parsec (~32 années-lumières) de lui.
En effet, une étoile très brillante qui se situe à l’autre bout de la galaxie sera bien moins visible depuis la Terre qu’une étoile plus petite située à seulement quelques années-lumière.
La magnitude est un nombre sans unité dont l’échelle est peu commode. Ainsi depuis la Terre on a la correspondance suivante entre quelques astres et leur magnitude apparente :
- Soleil : −26,7
- Lune : −12,6
- Vénus : −4,6
- Jupiter : −2,7
- L’étoile Polaire : +2,0
- Sirius : −1,5
- Proxima Centaurii : +11,1
- Pluton : +15,0
On remarque déjà que les astres les plus lumineux ont une magnitude plus petite, et les astres les moins visibles ont une magnitude élevé : l’échelle est inversée.
Pour un œil humain depuis la surface de la Terre, la limite de visibilité se situe environ à +6,7 : tous les astres dont la magnitude est inférieure sont visibles et les autres sont invisibles.
Parmi les astres de la liste ci-dessus donc, seuls le Soleil et la Lune sont bien-sûr visibles, mais également les planètes Vénus, Jupiter et les étoiles Sirius et l’étoile Polaire (Polaris).
Concernant l’inversion de l’échelle, on suppose que cela remonte à l’antiquité : le savant Hipparque avait classé les étoiles par leur « taille apparente » : les plus brillantes étaient classées 1, les suivantes 2 et ainsi de suite jusqu’à 6. Ptolémée aurait reprit ce classement et l’aurait popularisé.
Ensuite, c’est Pogson (astronome anglais) qui découvrit que 5 ordres de magnitude correspondaient à une luminosité divisée par 100 : le passage d’un ordre à un autre se fait par une multiplication et non une addition. L’échelle des magnitudes est donc logarithmique.
Ceci est dû au fait que la vue, comme l’ouïe, a une sensibilité logarithmique (l’échelle sonore des décibel est également logarithmique).
Avec les appareils de mesure plus sophistiqués, on a pu définir une méthode plus rigoureuse pour déterminer la magnitude des astres. On utilise aujourd‘hui la formule mathématique que voici :
$$m = m_0 - 2,5 \times log_{10}\left(\frac{F}{F_0}\right)$$
Où la magnitude $m$ d’un astre se fait en fonction du flux lumineux $F$ qu’on reçoit de sa part, et par comparaison à une magnitude $m_0$ et un flux $F_0$ prises comme références (la magnitude $m_0 = 0$ étant celle de l’étoile Véga ; et le flux $F=0$ exprimé en termes d’une « étoile standard ».
Enfin, les appareils optiques permettent de voir plus de choses que les yeux.
Si l’œil moyen ne peut voir un astre d’une magnitude supérieure à +6,5, une paire de jumelles peut augmenter la limite jusqu’à +10, une télescope amateur jusqu’à +13, un télescope de cinq mètres en montagne jusqu’à +20 (+26,5 en pose longue). Le télescope spatial Hubble peut détecter des astres d’une magnitude allant jusqu’à +30 s’il est utilisé avec 18 heures de pose !
