Pourquoi les étoiles scintillent-elles la nuit ?

Les étoiles semblent parfois clignoter, varier d’éclat ou trembler dans le ciel nocturne. Pourtant, leur lumière ne change généralement pas de façon perceptible au moment où nous l’observons : cet effet est produit par le trajet de la lumière dans l’atmosphère terrestre. Les étoiles étant extrêmement lointaines, elles apparaissent comme de simples points lumineux. Leur lumière est donc particulièrement sensible aux perturbations atmosphériques avant de parvenir jusqu’à nos yeux.

Une lumière déviée par l’atmosphère

L’atmosphère n’est pas un milieu parfaitement uniforme. Elle contient des zones d’air dont la température et la densité varient, notamment sous l’effet du chauffage du sol et des mouvements de l’air. Ces variations modifient légèrement les propriétés optiques de l’air. En traversant ces régions turbulentes, la lumière stellaire est déviée à plusieurs reprises et son trajet se modifie constamment. Les rayons lumineux n’arrivent donc pas toujours exactement de la même manière jusqu’à l’observateur, ce qui produit de petites variations rapides de la luminosité apparente et de la position de l’étoile. Ce phénomène est appelé scintillation atmosphérique.

Pourquoi l’effet varie-t-il selon la position de l’étoile ?

La scintillation dépend notamment de la longueur du trajet parcouru dans l’atmosphère. Une étoile située près de l’horizon est observée à travers une épaisseur d’air plus importante qu’une étoile placée haut dans le ciel. Sa lumière rencontre alors davantage de zones turbulentes et les perturbations peuvent être plus marquées. C’est pourquoi les étoiles proches de l’horizon scintillent souvent davantage que celles observées vers le zénith. Le vent, les différences de température et les mouvements de l’air peuvent aussi rendre l’effet plus ou moins visible d’un moment à l’autre et d’un lieu à l’autre.

Pourquoi les planètes scintillent-elles moins ?

À l’œil nu, les planètes brillantes comme Vénus, Mars ou Jupiter scintillent généralement beaucoup moins que les étoiles. Une étoile est si éloignée qu’elle nous apparaît comme une source ponctuelle. Une planète, au contraire, présente un petit disque apparent, même si ce disque reste impossible à distinguer sans instrument pour la plupart des observateurs. La lumière provenant de ses différentes zones traverse l’atmosphère selon des trajets légèrement différents. Les variations produites par la turbulence se compensent donc en partie lorsqu’elles sont perçues ensemble. Les planètes peuvent toutefois scintiller, en particulier lorsqu’elles sont proches de l’horizon ou lorsque l’atmosphère est très agitée : la différence entre elles et les étoiles n’est pas absolue.

Comment les astronomes limitent-ils ces perturbations ?

La scintillation et les autres effets de l’atmosphère compliquent les observations réalisées depuis le sol. Les astronomes installent notamment leurs observatoires dans des régions où l’air est aussi stable et sec que possible, afin de réduire les déformations de la lumière. Des systèmes d’optique adaptative peuvent également mesurer les perturbations et ajuster rapidement certains éléments du télescope pour améliorer la netteté des images. Une autre solution consiste à placer les instruments au-dessus de l’atmosphère. Les télescopes spatiaux, comme Hubble, ne subissent donc pas la turbulence de l’air terrestre lorsqu’ils observent les étoiles. Le scintillement que nous admirons depuis le sol est ainsi un effet de notre environnement, et non une caractéristique propre aux étoiles elles-mêmes.