Pourquoi ne voit-on pas les étoiles ?

Notre univers est composé de plusieurs billions de galaxies. Le système solaire est situé à l’intérieur d’une galaxie assez grande, dont le nombre total dans l’Univers est limité à quelques dizaines de milliards d’unités.

Pourquoi n’y a-t-il pas d’étoiles visibles le jour ?

Notre galaxie contient 200 à 400 milliards d’étoiles. 75 % d’entre elles sont des naines rouges peu lumineuses, et seulement quelques pour cent des étoiles de la galaxie sont semblables à des naines jaunes, le type spectral d’étoiles auquel appartient notre Soleil. Pour un observateur terrestre, notre Soleil est 270 000 fois plus proche que l’étoile la plus proche (Proxima Centauri). Dans le même temps, la luminosité diminue de manière directement proportionnelle à la distance, de sorte que la luminosité apparente du Soleil dans le ciel de la Terre est de 25 magnitudes stellaires, soit 10 milliards de fois supérieure à la luminosité apparente de l’étoile la plus proche (Sirius). En raison de la lumière éblouissante du Soleil, aucune étoile n’est visible dans le ciel diurne. Un problème similaire se pose lorsqu’on tente de photographier des exoplanètes près d’étoiles proches. Outre le Soleil, la Lune, Vénus, Jupiter, Mars, Mercure, la Station spatiale internationale (ISS) et les éruptions des satellites de la première constellation Iridium sont visibles pendant la journée. En effet, la Lune, certaines planètes du système solaire et les ISV (satellites artificiels de la Terre) sont beaucoup plus brillants que les étoiles les plus brillantes du ciel terrestre. Par exemple, la brillance apparente du Soleil est d e-27 magnitudes stellaires, celle de la Lune en phase pleine est d e-13, celle des éruptions des satellites de la première constellation Iridium est d e-9, celle de l’ISS est d e-6, celle de Vénus est d e-5, celle de Jupiter et de Mars est d e-3, celle de Mercure est d e-2, celle de Sirius (l’étoile la plus brillante) est d e-1,6.

Exemple d’échelle de luminosité apparente de divers objets astronomiques

L’échelle des magnitudes stellaires de la luminosité visible des différents objets astronomiques est logarithmique : une différence de luminosité visible des objets astronomiques d’une magnitude stellaire correspond à une différence de 2,512 fois, et une différence de 5 magnitudes stellaires correspond à une différence de 100 fois.

Pourquoi n’y a-t-il pas d’étoiles visibles en ville ?

Outre les problèmes d’observation des étoiles dans le ciel diurne, il existe un problème d’observation des étoiles dans le ciel nocturne dans les zones peuplées (près des grandes villes et des entreprises industrielles). Dans ce cas, la pollution lumineuse est causée par des rayonnements artificiels. Il s’agit par exemple des lampadaires, des affiches publicitaires lumineuses, des torchères des entreprises industrielles et des projecteurs des spectacles.

En février 2001, John E. Bortle, un astronome amateur américain, a créé une échelle lumineuse pour évaluer la pollution lumineuse dans le ciel et l’a publiée dans la revue Sky&Telescope. Cette échelle se compose de neuf divisions :

1. ciel complètement noir

Dans un tel ciel nocturne, non seulement la Voie lactée est clairement visible, mais les nuages de la Voie lactée projettent des ombres claires. La lumière zodiacale avec l’antisoleil (réflexion de la lumière solaire sur les particules de poussière situées de l’autre côté de la ligne Soleil-Terre) peut également être observée en détail. Des étoiles d’une magnitude allant jusqu’à 8 sont visibles dans le ciel à l’œil nu. La luminosité de fond du ciel est de 22 magnitudes stellaires par seconde angulaire carrée.

2. Ciel noir naturel

Ce ciel nocturne montre la Voie lactée dans ses moindres détails et la lumière zodiacale ainsi que l’antiscie. À l’œil nu, les étoiles ont une luminosité apparente allant jusqu’à 7,5 magnitudes stellaires, tandis que la luminosité du ciel en arrière-plan est proche de 21,5 magnitudes stellaires par seconde angulaire carrée.

3. Ciel rural

Dans ce ciel, la lumière zodiacale et la Voie lactée restent clairement visibles avec un minimum de détails. Les étoiles sont visibles à l’œil nu jusqu’à 7 magnitudes stellaires, la luminosité du ciel de fond est proche de 21 magnitudes stellaires par seconde angulaire carrée.

4. Le ciel de la zone de transition entre les villages et les banlieues

Dans ce ciel, la Voie lactée et la lumière zodiacale restent visibles avec un minimum de détails, mais ne sont que partiellement visibles au-dessus de l’horizon. À l’œil nu, les étoiles sont visibles jusqu’à 6,5 magnitudes stellaires, la luminosité du ciel de fond est proche de 21 magnitudes stellaires par seconde angulaire carrée.

5. Le ciel à proximité des villes

Dans ce ciel, la lumière zodiacale et la Voie lactée sont rarement visibles, dans des conditions météorologiques et saisonnières idéales. À l’œil nu, on peut voir des étoiles jusqu’à 6 magnitudes stellaires, la luminosité de fond du ciel étant proche de 20,5 magnitudes stellaires par seconde angulaire carrée.

6. Le ciel des banlieues des villes

Dans un tel ciel, la lumière zodiacale n’est observée dans aucune condition, et la Voie lactée n’est à peine visible qu’au zénith. Les étoiles sont visibles à l’œil nu jusqu’à 5,5 magnitudes stellaires, la luminosité de fond du ciel est proche de 19 magnitudes stellaires par seconde angulaire carrée.

7. Le ciel de la zone de transition entre les banlieues et les villes

Dans un tel ciel, ni la lumière zodiacale ni la Voie lactée ne peuvent être observées dans toutes les conditions. Les étoiles ne sont visibles à l’œil nu que jusqu’à 5 magnitudes stellaires, la luminosité de fond du ciel est proche de 18 magnitudes stellaires par seconde angulaire carrée.

8. Le ciel urbain

Dans un tel ciel, seuls quelques amas d’étoiles éparses parmi les plus brillants peuvent être vus à l’œil nu. Les étoiles ne sont visibles à l’œil nu que jusqu’à une magnitude de 4,5, la luminosité de fond du ciel est inférieure à 18 magnitudes stellaires par seconde angulaire carrée.

9. Le ciel de la partie centrale des villes

Dans un tel ciel, seules les Pléiades sont visibles parmi les amas d’étoiles. À l’œil nu, on voit au mieux des étoiles de 4 magnitudes stellaires.

Exemple schématique de comparaison de différentes variantes de ciel selon l’échelle de Bortle

La pollution lumineuse causée par les habitations, l’industrie, les transports et d’autres objets économiques de la civilisation humaine moderne conduit à la nécessité de créer les plus grands observatoires astronomiques dans des zones de haute montagne, qui sont le plus éloignées possible des objets économiques de la civilisation humaine. Dans ces endroits, des règles spéciales sont observées pour limiter l’éclairage des rues, la circulation nocturne, la construction de bâtiments résidentiels et d’infrastructures de transport. Des règles similaires s’appliquent dans les zones de protection spéciale des observatoires les plus anciens, situés à proximité des grandes villes. Par exemple, en 1945, une zone de parc de protection a été organisée dans un rayon de 3 km autour de l’observatoire de Pulkovo, près de Saint-Pétersbourg, où la production résidentielle ou industrielle à grande échelle était interdite. Ces dernières années, les tentatives d’organiser la construction d’immeubles résidentiels dans cette zone de protection sont devenues plus fréquentes en raison du coût élevé des terrains à proximité de l’une des plus grandes mégapoles de Russie. Une situation similaire est observée autour des observatoires astronomiques de Crimée, qui sont situés dans une région extrêmement attrayante pour le tourisme.

Les observations nocturnes effectuées par les satellites permettent de cartographier de manière impartiale des régions de la surface de la Terre présentant des éclairages différents

L’image de la NASA montre clairement que les régions d’Europe occidentale, la partie orientale du continent américain, le Japon, la partie côtière de la Chine, le Moyen-Orient, l’Indonésie, l’Inde et la côte méridionale du Brésil sont les plus fortement éclairées. En revanche, les régions polaires (en particulier l’Antarctique et le Groenland), les zones de l’océan mondial, les bassins des fleuves tropicaux Amazone et Congo, le haut plateau tibétain, les zones désertiques du nord de l’Afrique, le centre de l’Australie, les zones septentrionales de la Sibérie et l’Extrême-Orient se caractérisent par une quantité minimale de lumière artificielle.

En juin 2016, la revue Science a publié une étude détaillée sur la pollution lumineuse dans différentes régions de notre planète («The new world atlas of artificial night sky brightness»). L’étude a montré que plus de 80 % des habitants de la planète et plus de 99 % des habitants des États-Unis et de l’Europe vivent dans des conditions de forte pollution lumineuse. Plus d’un tiers des habitants de la planète sont privés de la possibilité d’observer la Voie lactée, dont 60 % des Européens et près de 80 % des Nord-Américains. Une pollution lumineuse extrême caractérise 23 % de la surface de la Terre entre 75 degrés de latitude nord et 60 degrés de latitude sud, ainsi que 88 % de la surface de l’Europe et près de la moitié de la surface des États-Unis. En outre, l’étude note que les technologies d’économie d’énergie visant à convertir l’éclairage public des lampes à incandescence aux lampes LED augmenteraient la pollution lumineuse d’un facteur d’environ 2,5. En effet, l’émission lumineuse maximale des lampes LED, dont la température effective est de 4 000 kelvins, se situe dans les rayons bleus, là où la rétine de l’œil humain est la plus sensible à la lumière.

Carte de la pollution lumineuse artificielle en pourcentage de l’éclairage naturel

Selon l’étude, la pollution lumineuse maximale est observée dans le delta du Nil, près du Caire. Cela s’explique par la très forte densité de population de la métropole égyptienne : 20 millions d’habitants du Caire vivent dans une zone d’un demi-millier de kilomètres carrés. Cela signifie une densité de population moyenne de 40 000 personnes par kilomètre carré, ce qui est environ 10 fois plus élevé que la densité de population moyenne à Moscou. Dans certaines zones du Caire, la densité moyenne de population dépasse 100 000 personnes par kilomètre carré. D’autres zones où la lumière est maximale se trouvent dans les agglomérations de Bonn et de Dortmund (près de la frontière entre l’Allemagne, la Belgique et les Pays-Bas), dans la plaine de Padoue dans le nord de l’Italie, entre les villes américaines de Boston et de Washington DC, autour des villes anglaises de Londres, Liverpool et Leeds, ainsi que dans la zone des mégapoles asiatiques de Pékin et de Hong-Kong. Pour un habitant de Paris, il faut parcourir au moins 900 kilomètres en Corse, dans le centre de l’Écosse ou dans la province de Cuenca en Espagne pour voir un ciel noir (niveaux de pollution lumineuse inférieurs à 8 % de la lumière naturelle). Et pour qu’un résident suisse puisse voir un ciel extrêmement sombre (pollution lumineuse inférieure à 1 % de la lumière naturelle), il doit parcourir plus de 1 360 kilomètres jusqu’au nord-ouest de l’Écosse, à l’Algérie ou à l’Ukraine.

Carte de la pollution lumineuse sur le continent européen

Le degré maximal d’absence de ciel étoilé caractérise 100 % de Singapour, 98 % du Koweït, 93 % des Émirats arabes unis (EAU), 83 % de l’Arabie saoudite, 66 % de la Corée du Sud, 61 % d’Israël, 58 % de l’Argentine, 53 % de la Libye et 50 % de Trinité-et-Tobago. Tous les habitants des petites nations de Singapour, Saint-Marin, Koweït, Qatar et Malte, ainsi que 99 %, 98 % et 97 % des habitants des EAU, d’Israël et d’Égypte respectivement, sont incapables d’observer la Voie lactée. Les pays ayant la plus grande proportion de territoire où il n’est pas possible d’observer la Voie lactée sont Singapour et Saint-Marin (100 % chacun), Malte (89 %), la Cisjordanie (61 %), le Qatar (55 %), la Belgique et le Koweït (51 % chacun), Trinité-et-Tobago, les Pays-Bas (43 %) et Israël (42 %).

En revanche, le Groenland (seulement 0,12 % de son territoire est touché par la pollution lumineuse), la République centrafricaine (RCA) (0,29 %), le territoire de Niue dans le Pacifique (0,45 %), la Somalie (1,2 %) et la Mauritanie (1,4 %) présentent une pollution lumineuse minime.

Malgré la croissance continue de l’économie mondiale, l’augmentation de la consommation d’énergie s’accompagne d’une augmentation de l’éducation astronomique de la population. La campagne internationale annuelle «Earth Hour», qui consiste à éteindre les lumières pour la majorité de la population le dernier samedi du mois de mars, en est un exemple frappant. Cette action a été conçue à l’origine par le Fonds mondial pour la nature (WWF) dans le but de populariser les économies d’énergie et de réduire les émissions de gaz à effet de serre (lutte contre le réchauffement climatique). Cependant, au même moment, l’aspect astronomique de l’action a gagné en popularité — le désir de rendre le ciel des mégapoles plus propice aux observations amateurs, au moins pour une courte période de temps. L’action a été réalisée pour la première fois en Australie en 2007, et l’année suivante, elle s’est étendue au monde entier. Chaque année, de plus en plus de participants prennent part à l’action. Si en 2007, 400 villes dans 35 pays ont participé à l’action, en 2017, plus de 7 000 villes dans 187 pays ont participé à l’action.

L’Heure de la Terre à Paris en 2017

Dans le même temps, il est possible de noter les inconvénients de cette action, qui consistent en un risque accru d’accidents dans les systèmes énergétiques mondiaux en raison de l’allumage et de l’extinction brusques et simultanés d’un grand nombre d’appareils électriques. En outre, les statistiques montrent une forte corrélation entre le manque d’éclairage public et l’augmentation des blessures, de la criminalité de rue et d’autres situations d’urgence.

Pourquoi les étoiles ne sont-elles pas visibles sur les images de l’ISS ?

Exemple d’une image prise par la NASA à bord de la Station spatiale internationale (ISS)

L’image montre clairement les lumières de Moscou, la lueur verdâtre de l’aurore boréale à l’horizon et l’absence d’étoiles dans le ciel. L’énorme différence entre la luminosité du Soleil et celle des étoiles, même les plus brillantes, rend impossible l’observation des étoiles dans le ciel diurne depuis la surface de la Terre, mais aussi depuis l’espace. Ce fait montre bien l’importance du rôle de la «pollution lumineuse» du Soleil par rapport à l’influence de l’atmosphère terrestre sur les observations astronomiques. Néanmoins, l’absence d’étoiles sur les images du ciel lors des vols habités vers la Lune est devenue l’une des principales «preuves» de la théorie du complot concernant l’absence de vols d’astronautes de la NASA vers la Lune.

Une autre image de l’ISS, prise à partir d’un vaisseau spatial s’approchant de la station.

Pourquoi les étoiles ne sont-elles pas visibles sur les images de la Lune ?

Si la différence entre la luminosité apparente du Soleil et celle de l’étoile la plus brillante — Sirius — dans le ciel terrestre est d’environ 25 magnitudes stellaires, soit 10 milliards de fois, la différence entre la luminosité apparente de la pleine Lune et celle de Sirius est réduite à 11 magnitudes stellaires, soit environ 10 000 fois.

Étoiles dans les images de la Lune

À cet égard, la présence de la pleine lune n’entraîne pas la disparition des étoiles dans l’ensemble du ciel nocturne, mais rend seulement difficile leur observation à proximité du disque lunaire. Néanmoins, l’une des premières façons de mesurer le diamètre des étoiles a été de mesurer la durée de la couverture des étoiles brillantes des constellations zodiacales par le disque lunaire. Naturellement, ces observations ont tendance à être effectuées lors de la phase minimale de la Lune. Un problème similaire de détection de sources peu lumineuses à proximité d’une source lumineuse brillante se pose lorsqu’on essaie de photographier des planètes dans des étoiles proches (la luminosité apparente de l’analogue de Jupiter dans des étoiles proches, due à la lumière réfléchie, est d’environ 24 magnitudes stellaires, et l’analogue de la Terre n’est que d’environ 30 magnitudes stellaires). C’est pourquoi, jusqu’à présent, les astronomes n’ont pu photographier les jeunes planètes massives que dans l’infrarouge : les jeunes planètes sont très chaudes après leur formation. C’est pourquoi deux technologies sont développées pour les télescopes spatiaux afin d’apprendre à détecter les exoplanètes dans les étoiles proches : la coronographie et l’interférométrie nulle. Selon la première technique, une source lumineuse est couverte par un disque éclipsé (éclipse artificielle), tandis que selon la seconde, la lumière d’une source lumineuse est «annulée» à l’aide de techniques spéciales d’interférence d’ondes. Un exemple frappant de la première technologie est l’observatoire solaire SOHO, qui surveille l’activité solaire depuis le premier point de libration depuis 1995. La caméra coronographique de 17 degrés de cet observatoire spatial montre des étoiles jusqu’à 6 étoiles dans ses images.

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Date de publication: 12-25-2023

Mettre à jour la date: 12-25-2023