Pourquoi les étoiles scintillent-elles dans le ciel nocturne ?

Le scintillement des étoiles est un effet produit par l’atmosphère terrestre, et non une variation rapide de leur luminosité réelle. Depuis la surface de la Terre, leur lumière traverse une atmosphère constamment en mouvement avant d’atteindre l’œil. Les étoiles étant extrêmement éloignées, elles apparaissent comme des points lumineux presque dépourvus de diamètre apparent. Cette lumière ponctuelle est particulièrement sensible aux petites perturbations introduites sur son trajet, ce qui donne l’impression que l’étoile tremble ou change d’éclat.

Le rôle de la turbulence atmosphérique

L’air n’est pas un milieu parfaitement uniforme. Des différences de température et de densité, liées notamment aux mouvements de l’air, se répartissent en structures irrégulières et changeantes. Or l’indice de réfraction de l’air varie avec ses propriétés physiques. Lorsqu’un rayon lumineux traverse ces zones successives, sa trajectoire est légèrement déviée et la phase de l’onde lumineuse est modifiée. Comme ces perturbations évoluent rapidement, la lumière reçue au sol n’est pas distribuée de façon parfaitement constante : son intensité peut augmenter ou diminuer en un court instant. C’est cette fluctuation apparente de luminosité, appelée scintillation, qui produit le fameux clignotement des étoiles. La turbulence peut aussi provoquer de petites variations apparentes de position ou de couleur, mais le changement d’éclat est l’effet le plus facilement observable à l’œil nu.

Pourquoi le scintillement est-il plus visible près de l’horizon ?

Lorsqu’une étoile se trouve haut dans le ciel, sa lumière suit un trajet relativement court à travers l’atmosphère avant de parvenir à l’observateur. Près de l’horizon, elle doit parcourir une distance atmosphérique plus importante et traverse donc davantage de zones turbulentes. Les perturbations successives ont alors plus d’occasions de modifier le faisceau lumineux, ce qui rend généralement le scintillement plus marqué. Son intensité dépend toutefois de l’état réel de l’atmosphère : une nuit dégagée n’est pas nécessairement une nuit peu turbulente. Les gradients de température, les mouvements convectifs et les variations du vent peuvent modifier la qualité des images, indépendamment de la simple présence de nuages ou d’humidité.

Pourquoi les planètes semblent-elles plus stables ?

Les planètes peuvent elles aussi subir les effets de l’atmosphère, surtout lorsqu’elles sont basses sur l’horizon, mais elles scintillent en général beaucoup moins que les étoiles. Une étoile est si éloignée qu’elle est observée comme une source ponctuelle. Une planète, au contraire, présente un petit disque apparent, même si ce disque reste minuscule pour l’œil nu. Sa lumière provient donc de plusieurs zones voisines de sa surface apparente. Les perturbations qui affectent ces différentes zones ne sont pas exactement identiques et leurs variations de luminosité se compensent en partie lorsqu’elles sont perçues ensemble. La lumière paraît ainsi plus régulière. Cette différence tient principalement à la taille angulaire apparente de la source, et non au fait que les planètes émettraient une lumière fondamentalement insensible à l’atmosphère.

Un effet important pour l’observation astronomique

La turbulence atmosphérique ne gêne pas seulement l’observation à l’œil nu : elle déforme aussi les images recueillies par les télescopes terrestres. Elle peut étaler l’image d’une étoile et réduire la finesse des détails visibles. En astronomie, la qualité de cette netteté est souvent décrite par le terme « seeing », qui désigne principalement les effets de flou et de déformation dus à l’atmosphère ; ce terme n’est pas strictement synonyme de scintillation. Les observatoires sont donc fréquemment installés dans des environnements choisis pour limiter les perturbations, notamment en altitude ou dans des régions où l’air est plus stable. Les télescopes spatiaux évitent les turbulences atmosphériques, tandis que l’optique adaptative permet à certains instruments au sol de mesurer et de corriger en temps réel une partie des déformations du front d’onde lumineux.