Pourquoi les étoiles scintillent-elles ?

Lorsqu’une étoile semble clignoter dans le ciel nocturne, sa luminosité ne varie généralement pas de cette manière. Le scintillement est principalement un effet produit par l’atmosphère terrestre, entre l’astre et l’observateur. La lumière de l’étoile traverse une masse d’air en mouvement, dont les propriétés changent constamment. Ces perturbations modifient légèrement la trajectoire de la lumière et la quantité de lumière qui parvient jusqu’à nos yeux, donnant l’impression que l’étoile danse ou change rapidement d’éclat.

Une lumière perturbée par l’atmosphère

L’atmosphère n’est pas parfaitement homogène. Elle contient des zones où la température et la densité de l’air diffèrent, et qui sont constamment déplacées et mélangées par les vents et les mouvements turbulents. Or l’indice de réfraction de l’air dépend notamment de sa densité : lorsqu’un rayon lumineux traverse ces régions successives, il est très légèrement dévié. La lumière provenant d’une étoile arrive alors à l’observateur après avoir suivi un trajet continuellement modifié. Comme une étoile très éloignée apparaît comme un point presque ponctuel, de petites perturbations suffisent à faire varier rapidement sa luminosité apparente. Ce phénomène est appelé scintillation astronomique.

Une scintillation plus forte près de l’horizon

L’effet dépend aussi de la position de l’étoile dans le ciel. Lorsqu’elle est proche du zénith, sa lumière traverse relativement directement l’atmosphère. Lorsqu’elle se trouve près de l’horizon, elle parcourt une distance beaucoup plus importante dans l’air avant d’atteindre l’observateur. Elle rencontre donc davantage de zones turbulentes, ce qui accentue généralement les variations apparentes de luminosité. Le scintillement peut également produire de brèves variations de couleur, car les différentes longueurs d’onde de la lumière ne sont pas réfractées exactement de la même manière. L’intensité de l’effet varie toutefois selon les conditions météorologiques et l’état de l’atmosphère.

Pourquoi les planètes semblent plus stables

Les planètes scintillent généralement beaucoup moins que les étoiles. À l’œil nu, une étoile est si éloignée qu’elle se présente comme un point lumineux, tandis qu’une planète possède un diamètre apparent mesurable, même si son disque reste minuscule. Sa lumière provient donc d’une surface apparente étendue. Les fluctuations produites par les différentes zones turbulentes de l’atmosphère se compensent en partie lorsqu’elles sont observées ensemble, ce qui rend l’éclat global de la planète plus stable. Cette différence n’est pas absolue : une planète très basse sur l’horizon peut elle aussi paraître légèrement instable, mais son scintillement est en général moins marqué que celui d’une étoile.

Un effet important pour l’observation astronomique

La turbulence atmosphérique ne modifie pas seulement la luminosité apparente des étoiles : elle dégrade aussi la netteté des images prises depuis le sol. Les astronomes parlent alors de « seeing » pour désigner la qualité de la résolution limitée par l’atmosphère. Les observatoires sont souvent construits dans des lieux élevés et choisis pour la stabilité de leur air, afin de réduire ces perturbations. Les télescopes peuvent également employer l’optique adaptative, un dispositif qui mesure les déformations produites par l’atmosphère et ajuste rapidement certains éléments optiques pour les corriger. Les observatoires spatiaux, eux, échappent à la turbulence de l’atmosphère terrestre, ce qui permet d’obtenir des images plus stables et plus précises dans les domaines où ils observent.