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Magnitude absolue

En astronomie, la magnitude absolue d'un objet céleste est la magnitude de cet objet s'il était placé à une distance de référence fixée à 10 parsecs (environ 32,6 années-lumière). Pour les objets du système solaire, la distance de référence est 1 unité astronomique (L’unité astronomique (symbole ua) correspond approximativement à la longueur du demi-grand axe de l’orbite terrestre. Historiquement, les...). La magnitude absolue (En astronomie, la magnitude absolue d'un objet céleste est la magnitude de cet objet s'il était placé à une distance de référence fixée à 10 parsecs (environ 32,6 années-lumière). Pour les objets du système solaire, la distance de...) est une mesure de la luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) intrinsèque d'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la...) (au contraire de la luminosité apparente qui dépend de la distance réelle de l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et...) par rapport au Soleil).

Définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.)

Par définition de l'Union astronomique internationale (L’union astronomique internationale (UAI) est une association internationale non gouvernementale avec pour objectif de coordonner les travaux des astronomes à travers le monde.), " la magnitude absolue (L'absolue est un extrait obtenu à partir d’une concrète ou d’un résinoïde par extraction à l’éthanol à température...) d'un objet est la magnitude que verrait un observateur situé à une distance d'exactement 10 parsecs [Note : 32,6 années-lumière] de cet objet ".

La magnitude absolue est ainsi une échelle logarithmique (Une échelle logarithmique est un système de graduation sur une demi-droite [Ox), particulièrement adapté pour rendre compte des ordres de grandeur dans les applications. De plus elle permet de...) directement liée à la luminosité de l'étoile. La définition de la magnitude absolue s'écrit en termes mathématiques :

M = -2,5\, \log L  + C

L est la luminosité de l'étoile et C une constante. Comme c'est une échelle logarithmique inversée, une valeur numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information dite « analogique »...) faible voire négative correspond à des objets plus lumineux que ceux avec une valeur numérique élevée.

Selon que la luminosité est calculée sur une bande spectrale (En astronomie, une bande spectrale désigne une partie du spectre électromagnétique que laisse passer un filtre standard. Une bande spectrale est ainsi déterminée par son profil de transmission, c'est-à-dire la fraction de...) bleue B (autour de 436 nm) ou visible V (aux alentours de 545 nm), la magnitude absolue est notée MB ou MV. La constante est choisie aujourd'hui telle que les magnitudes absolues du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et...) dans les bandes B et V soient MB = 5,48 et MV = 4,83.

Quand on considère la totalité du spectre électromagnétique (Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement électromagnétique selon ses différentes composantes en terme de fréquence, d'énergie des photons ou encore...), des ondes radio aux rayons gammas, et pas seulement une bande spectrale donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un événement,...), on parle de luminosité bolométrique, et donc de magnitude bolométrique.

Les magnitudes absolues des étoiles s'étendent généralement de -10 à +17 en fonction de leur type spectral : une supergéante bleue a une magnitude absolue descendant jusqu'à -10 tandis qu'une naine rouge (En astronomie, les naines rouges sont les étoiles les moins massives ; en-deçà, ce sont les naines brunes, qui ne sont pas vraiment des étoiles.) en a une pouvant aller jusqu'à +17. Le Soleil avec une magnitude absolue de +4,8 se situe à peu près à mi-chemin de ces deux extrêmes.

Magnitude apparente (En astronomie, la magnitude apparente mesure la luminosité — depuis la Terre — d'une étoile, d'une planète ou d'un autre objet céleste. Cette grandeur a la particularité d'avoir une échelle logarithmique inverse.) et distance

La comparaison de la magnitude absolue avec la magnitude apparente (qui est la magnitude observée effectivement sur Terre) permet une estimation de la distance de l'objet. Suivant la décroissance de la luminosité avec le carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses quatre côtés ont la même longueur et ses quatre angles la même...) de la distance, on obtient:

m - M = 5\, \log( D ) - 5

m est la magnitude réelle apparente, M la magnitude absolue et D la distance exprimée en parsecs. La valeur μ = mM est aussi appelée module de distance, ce dernier étant plus souvent utilisé pour les objets extra-galactiques.

Pour avoir la magnitude absolue, il faut des modèles stellaires, et connaître la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle...) de l'étoile (qui peut s'obtenir à partir de l'indice de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).), qui n'est autre que la différence des magnitudes apparentes d'un objet dans deux bandes spectrales différentes).

Dans la pratique, la seule quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur...) aisément accessible est évidemment la magnitude observée, qui est en fait la combinaison (Une combinaison peut être :) de la magnitude apparente et de l'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie...) interstellaire: m = mr = mobsA, où A est l'absorption.

La connaissance de l'absorption est souvent critique. L'absorption modifie la luminosité réelle de l'objet, à cause de la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire de « vaporisation » (diffuseur...) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm...) par les grains de poussière interstellaire. La distribution chaotique des grains dans l'espace rend extrêmement difficile l'estimation de l'absorption interstellaire, puisque celle qui est valable dans une direction donnée pour un objet donné, peut être significativement différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie à l'aide de...) pour l'étoile d'à côté (en faisant l'hypothèse que les deux étoiles sont à la même distance). De plus, à cause de l'effet de diffusion, l'absorption dépend de la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.), et est donc un effet chromatique (voir article détaillé).

Donc, en pratique, l'équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre l'équation consiste à déterminer toutes les façons de donner à certaines...) s'écrit comme suit:

m_{obs} - M - A = 5\, \log( D ) - 5

et seule la valeur de mobs est facile à mesurer.

Magnitude absolue des objets du Système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre système planétaire) : les...)

Dans ce cas particulier, la distance de référence n'est pas 10 parsec (Le parsec (symbole pc) est une unité de longueur utilisée en astronomie. Son nom vient de la contraction de « parallaxe-seconde ».), mais une unité astronomique.

Les objets du système solaire comme les planètes, les comètes ou les astéroïdes ne font que réfléchir la lumière qu'ils reçoivent du soleil et leur magnitude apparente dépend donc, non seulement de leur distance à la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse...), mais aussi de leur distance au Soleil. La magnitude absolue de ces objets est donc définie comme leur magnitude apparente s'ils étaient situés à une unité astronomique du soleil et une unité astronomique de la terre, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en étant avec un angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une position vide dans l’écriture des nombres en notation...) degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) (" plein lune ", toute la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique,...) visible depuis la terre est éclairée).

Pour un corps situé à une distance r de la Terre et a du soleil, la relation entre sa magnitude (relative) m et sa magnitude absolue, notée H, est donnée par la formule :

m = H + 5\, \log(r) + 5\, \log(a) - 2,5\, \log \chi

χ représente la phase de l'objet (χ = 1 pour la pleine lune (La pleine Lune est la phase lunaire durant laquelle la Lune apparaît la plus brillante depuis la Terre, de par le fait que nous voyons, lors de cette phase, presque toute la surface lunaire éclairée par le...), 0,5 pour un quartier et 0 pour la nouvelle lune) ; r et a doivent être exprimées en unités astronomiques.

Il est à noter que la situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus général...) décrite par la définition de la magnitude absolue est physiquement impossible : l'angle de phase est de 30 degrés pour un astre sphérique à une unité astronomique de la Terre et du soleil. Elle doit être considérée comme une référence — et elle se trouve donner le bon ordre de grandeur pour le résultat observé.

Objets célestes très lumineux

De nombreuses étoiles visibles à l'œil nu ont une magnitude absolue telle que ces étoiles, si elles étaient effectivement éloignées de seulement 10 parsec, seraient plus brillantes que les planètes. C'est le cas des supergéantes Rigel (Rigel est l'étoile β de la constellation d'Orion.) (-7,0), Deneb (Deneb est un mot dérivé de l'arabe ??? (ðanab), qui signifie « queue ». Ce terme se retrouve utilisé en astronomie dans un certain nombre de noms traditionnels d'étoiles : un...) (-7,2), Naos (-7,3) et Bételgeuse (Le terme Bételgeuse fait référence à:) (-5,6). À titre de comparaison, l'objet le plus brillant du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) après le Soleil (qui a une magnitude apparente de -26.73) est Vénus avec une magnitude apparente de -4,3 ; la pleine lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La...) est de magnitude apparente -12.

Le dernier objet céleste (Un astre, ou objet céleste est un objet de l'Univers. Les règles d'accès et d'utilisation de ces corps sont régies par le droit de l'espace.) dont la magnitude apparente fut comparable à la magnitude absolue des trois objets ci-dessus était une supernova (Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une étoile, qui s'accompagne d'une augmentation brève...) qui se produisit en 1054 (et nommée SN 1054) et dont aujourd'hui il ne subsiste qu'une nébuleuse (Une nébuleuse (du latin nebula, « nuage ») désigne, en astronomie, un objet céleste d’aspect diffus composé de gaz raréfié et/ou de poussières interstellaires. Les nébuleuses...) planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire (le Soleil et ses planètes) en tout ou partie. Généralement les astres représentés sont animés soit...), la nébuleuse du Crabe (Crabe est un nom vernaculaire ambigu utilisé en français pour désigner de nombreuses espèces de crustacés décapodes, pour la plupart comestibles. Ce terme proviendrait soit du néerlandais crabbe (krab...), et un pulsar (Un pulsar, dont le nom provient de l'abréviation de pulsating radio source (source radio pulsante), est le nom donné à une étoile à neutrons tournant très rapidement sur elle-même (période typique de l'ordre de la seconde,...). Les astronomes de l'époque rapportèrent que la luminosité de cet objet était si grande qu'ils pouvaient lire en pleine nuit, voir les ombres portées de sa lumière et l'observer en plein jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son...).

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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