Le Repaire des Sciences
Sciences Physiques et Chimiques

 

 

 

    

Pourquoi les étoiles scintillent-elles ?

 

 

 

Pour distinguer les étoiles des quelques planètes du système solaire visibles à l'oeil nu, on peut faire cette constatation simple : la lumière des planètes est intense et fixe, alors que celle des étoiles est plus changeante : on dit que les étoiles scintillent dans le ciel. Mais pourquoi les étoiles scintillent-elles ?

Vous trouverez probablement une réponse du genre : à cause des turbulences de l'atmosphère terrestre, qui déforment la lumière en provenance de l'étoile. Oui, mais cela n'explique pas pourquoi les turbulences atmosphériques, quelles qu'elles soient, sont censées déformer la lumière, ni d'où vient l'effet de clignotement, ni pourquoi seulement les étoiles, et pas les planètes, scintillent.

Les turbulences de l'air, plus communément appelées vent, n'ont aucun effet sur les ondes lumineuses à elles seules. La lumière voyage à plus d'un milliard de kilomètres par heure, et elle ne se préoccupe absolument pas de savoir si l'air qu'elle traverse fait partie d'un ouragan avec des vents de 200 km/h. Ce qui déforme vraiment la lumière, ce sont les variations de température de l'air, pas les variations de sa vitesse.
De toute évidence, la température de l'atmosphère de la Terre n'est pas la même partout. Non seulement les climats sont différents, mais la température de l'air varie de façon importante avec l'altitude. Et c'est sans compter les couches d'air chauffé par le Soleil, par les usines, et par les promesses des politiciens que la lumière des étoiles doit traverser avant d'arriver jusqu'à nous au sol. La lumière des étoiles doit effectuer un véritable parcours du combattant à travers cet air à différentes températures. Les turbulences atmosphériques n'interviennent que dans la mesure où les vents modifient continuellement la distribution des températures de l'air.

Et alors ? Eh bien, lorsque la lumière pénètre dans un milieu transparent tel que l'air, l'eau ou le verre, elle change en général de direction (on dit qu'elle est réfractée). C'est de cette façon que les morceaux de verre ou de plastique devant vos yeux corrigent la façon dont la lumière est focalisée sur votre rétine. Mais la valeur de la déviation qu'un milieu fera subir à la lumière dépend de sa constitution atomique. Par exemple, l'air réfracte ou courbe moins la lumière que le verre. Mais pour ce qui nous intéresse : l'air chaud courbe moins la lumière que l'air froid. Bien que les atomes soient les mêmes dans l'air chaud que dans l'air froid, ils sont plus éloignés dans l'air chaud et léger, et ils ne peuvent donc faire leur travail de réfraction "aussi bien".

Toutes les étoiles sans exception - à part le Soleil - sont si lointaines qu'on ne les voit que sous la forme d'un point parfait dans le ciel, un point géométrique sans taille apparente, même à travers les télescopes les plus puissants. C'est comme si elles ne nous renvoyaient qu'un seul rayon de lumière. Lorsque ce rayon traverse l'atmosphère ne descendant jusqu'à nous, il est dispersé de ci, de là, à mesure qu'il traverse des couches d'air à différentes températures, qui possèdent des capacités de courbure de la lumière différentes. Lorsque sa lumière est déviée loin de nos yeux, l'étoile semble disparaître pendant un instant. C'est-à-dire qu'elle s'éteint. Lorsque le rayon de lumière retrouve la direction de nos yeux, elle se rallume. Cette alternance est ce que les romantiques aiment appeler le scintillement.

Dans le cas d'un objet plus gros, comme le Soleil ou la Lune, cette dispersion de la lumière est sans importance, car il y a tellement de rayons lumineux arrivent dans notre direction qu'il y a autant de rayons dispersés en direction de nos yeux que de rayons dispersés loin d'eux, et l'image est stable.
Les planètes ont l'air de n'être que des points lumineux comme les étoiles, mais ce n'est pas le cas. Même une paire de jumelles suffira à vous montrer des disques planétaires. Elles ne scintillent donc pas, pour les mêmes raisons que la Lune ou le Soleil ne clignotent pas : bien que certains rayons soient déviés de nos yeux, il y en a suffisamment qui viennent vers nous pour nous donner une image stable.

L'explication abordée ici vaut également pour notre vision dans les lourdes journées d'été, lorsque la route ou d'autres objets paraissent flous.