Le Guide du ciel

L'échelle des magnitudes

L’échelle des magnitudes

Toutes les étoiles, les planètes, la Lune et le Soleil ne brillent pas avec la même intensité. L’éclat de certains astres est éblouissant – voire très dangereux dans le cas du Soleil –, quand d’autres sont à peine perceptibles à l’oeil nu. Confrontés à ces différentes évidentes, les observateurs de l’Antiquité ont créé une classification des étoiles en fonction de leur éclat. Ainsi, au IIe siècle av. J.-C., Hipparque, un astronome grec, créa un catalogue de plus d’un millier d’étoiles visibles à l’oeil nu, chacune étant répertoriée en fonction de sa grandeur, un terme qui fut bien plus tard remplacé par celui de magnitude. Les vingt étoiles les plus brillantes du ciel – Sirius, Arcturus, Véga, Spica, etc. – étaient de première grandeur, et les autres se répartissaient sur cinq échelons, jusqu’aux étoiles de sixième grandeur, les plus faibles discernables à l’oeil nu dans un ciel bien noir.

Tout resta en place jusqu’à l’invention de la lunette astronomique. L’astronome italien Galilée fut alors confronté à des astres invisibles à l’oeil nu, mais qui apparaissaient pourtant dans ses instruments. Il créa donc une septième magnitude et, jusqu’au milieu du XIXe siècle, on ajouta peu à peu de nouveaux échelons et quelques niveaux intermédiaires au gré de l’évolution de l’instrumentation, sans modifier vraiment cependant la logique du système inventé près de 2 000 ans auparavant par Hipparque. Celui-ci ne pouvait pas durer éternellement, et il devint urgent, face à l'inflation des catalogues stellaires et au développement de l'astrophysique, de ne pas laisser la classification de l’éclat des astres au seul jugement de l'oeil humain. Il fallait mettre en évidence une loi de variation de leur luminosité, qui s'adapte aussi bien aux observations à l'oeil nu qu'à celles télescopiques et photographiques.

Le premier qui formalisa le passage d'une magnitude à une autre fut l'astronome anglais Norman Pogson. En 1856, il proposa de considérer qu'une différence de 5 magnitudes était égale à une différence d'éclat de 100 fois. Le rapport entre deux échelons de magnitude devenait alors égal à la racine cinquième de 100, soit 2,512 fois. Ainsi, une étoile de 1re magnitude était 2,512 fois plus brillante qu’une étoile de 2e magnitude, elle-même 2,512 fois plus éclatante qu’une de 3 e magnitude, etc. Correctement calibré, ce système permettait de conserver l'échelle de grandeur d'Hipparque, et les astronomes l'utilisent encore aujourd'hui.

Pour Hipparque et Galilée et, après eux, pour tous les savants jusqu'au XIXe siècle, les étoiles les plus brillantes étaient de 1re grandeur, sans qu'il soit fait aucune distinction dans cette classe. Pourtant, il était manifeste à l'oeil nu que l’éclat de Sirius était bien supérieur à celui de Véga. La création d'appareils capables de mesurer précisément des éclats – les photomètres – permit de dépasser cette limite et d'appliquer la formule de Norman Pogson à tous les astres. L'échelle des magnitudes débutant initialement à l'unité, les astres plus brillants furent alors dotés de magnitudes négatives. La magnitude apparente de Sirius devint ainsi égale à - 1,44, et celle de Véga à 0,03. Aujourd'hui, l'échelle des magnitudes s'étend de - 26,7 pour le Soleil, à 30 pour les objets les plus faibles photographiés par les plus grands télescopes.

Visibilité des astres à l'œil nu en fonction du crépuscule

* Nombre de minutes avant ou après le coucher du Soleil. Il s’agit de valeurs moyennes pour 45° de latitude Nord en hiver. En été, le crépuscule astronomique se termine environ 150 minutes après le coucher du Soleil et il convient d’adapter un peu les valeurs indiquées dans ce tableau.