23 octobre 2021
Scintillation des étoiles expliqué sur sciencescorner.fr

Photographie d'un ciel étoilé

La scintillation des étoiles

Beaucoup de phénomènes optiques sont observables et nous permettent d’admirer la beauté de la nature. Intéressons nous à un de ces phénomènes et tâchons de comprendre quelle loi le régit.

La scintillation des étoiles, qu’est-ce que cela peut bien être ? C’est un phénomène que j’ai souvent observé plus jeune mais que je n’ai jamais su expliquer jusqu’à aujourd’hui. En m’intéressant aux divers phénomènes optiques qui nous entourent, je suis tombé sur la réponse à la question suivante : pourquoi les étoiles scintillent ? Avais-tu déjà remarqué ce phénomène ? Eh bien, à la fin de cet article cette question ne sera plus sans réponse pour toi. C’est parti !

Pourquoi les étoiles scintillent ?

Qu’est-ce que la scintillation des étoiles ?

Commençons directement par des travaux pratiques. Un soir de ciel dégagé, observe les étoiles. Tout d’abord, concentre toi sur une seule étoile. Si les aléas du direct ne joue pas contre toi, tu devrais voir cette étoile apparaître puis disparaître, ainsi de suite et de manière non forcément régulière. Autre fait, tu pourras également voir une variation de l’intensité lumineuse de l’étoile que tu observes. Dernière observation mais loin d’être la moins fascinante, avec un peu de chance, tu verras que cette étoile change de couleur ! Eh bien, l’ensemble de ces observations constituent la scintillation d’une étoile.

Maintenant que tu vois ce à quoi ressemble la scintillation d’une étoile, tâchons de comprendre ce qui cause ces phénomènes.

La réfraction de la lumière

Admettons qu’une étoile est une source ponctuelle qui émet de la lumière dans toutes les directions. Alors, ce que ton oeil capte en regardant cette étoile correspond à un rayon lumineux qui a parcouru l’ensemble du trajet entre toi et l’étoile. Maintenant, il faut savoir que notre cerveau pense que les rayons lumineux que nous percevons suivent une ligne droite. Eh bien non, ce n’est pas forcément le cas !

Le principe de la réfraction est le suivant. Lorsque la lumière traverse deux milieux transparents qui ont des indices de réfraction différents, alors l’orientation de la lumière est modifiée. Ce que l’on appelle un « milieu » peut être par exemple, de l’air, de l’eau ou même le vide… L’indice de réfraction, quant à lui, traduit la capacité d’un milieu à courber un rayon lumineux qui le traverse.

La deuxième loi de Snell-Descartes met en relation les indices de réfraction entre les deux milieux, mais aussi les angles d’incidence et de réfraction. Elle s’écrit de la manière suivante :

    \[ n_1 \; sin( \theta_1) \quad= \quad n_2 \; sin( \theta_2) \]

Explication de la loi de Snell-Descartes. La scintillation d'une étoile est une des conséquences

Par exemple, l’indice de réfraction dans le vide spatial vaut 1 et plus on descend dans l’atmosphère, plus cet indice augmente. Ainsi, lorsqu’un rayon lumineux issue d’une étoile traverse l’atmosphère, il est en permanence dévié de sa trajectoire. Eh oui, les étoiles en réalité ne sont pas positionnées là où tu les observes !

Comment la réfraction de la lumière fait scintiller une étoile

Faisons le lien maintenant avec la scintillation d’une étoile. Reprenons la première observation qui est que l’étoile apparaît puis disparaît. En traversant l’atmosphère, les rayons lumineux de l’étoile rencontrent des volumes d’air dont la densité varie localement. Cette variation de densité peut être causée par des fluctuations de température ou encore d’humidité, par exemple lors du passage d’un front d’air froid. Ainsi, à chaque perturbation de densité de ces poches d’air, les rayons lumineux de l’étoile sont déviés et n’arrivent donc plus à notre oeil. Ensuite une fois la perturbation dissipée, le rayon lumineux revient à nouveau au niveau de notre oeil. Sur ce même principe, la réfraction va également étaler la lumière émise par l’étoile ce qui ramène à la deuxième observation de notre cas pratique.

Explication de la réfraction. La scintillation d'une étoile est une des conséquences

La dispersion de la lumière

Pour finir, reprenons la troisième observation. Il s’agît du changement de couleur d’une étoile. Nous avons vu précédemment que les rayons lumineux sont déviés selon le principe de la réfraction. Pour comprendre notre troisième et dernière observation, il faut savoir que la lumière blanche est composée de plusieurs couleurs qui sont caractérisées par leur longueur d’onde. L’ensemble de ces couleurs définissent ce que l’on appelle un spectre. Le spectre visible de la lumière blanche varie entre 400 nanomètre (violet), et 800 nanomètre (rouge).

L’indice de réfraction d’un milieu dépend de la longueur d’onde du rayon qui le traverse. Ceci implique que lorsqu’une lumière blanche se réfracte, toutes les couleurs qui la compose se réfracte dans des directions différentes. Ainsi, lorsque les angles de réfraction sont assez importants, tu peux observer une portion plus réduite du spectre de la lumière de l’étoile que tu regardes (par exemple, des couleurs plutôt rouges, ou orangées etc..).

Finalement, la troisième observation s’explique par le fait que la perturbation de la densité de l’air va accentuer ce phénomène de dispersion de la lumière. Tu peux alors observer ces magnifiques variation de couleur d’une étoile.

La scintillation en quelques mots

Pour conclure, faisons un bref résumé de ce qu’est la scintillation. La scintillation d’une étoile correspond au clignotement d’une étoile, à une variation de son intensité lumineuse ou encore de sa couleur. La scintillation résulte d’un phénomène optique qui est la réfraction. La réfraction se traduit par le changement de direction de la lumière lorsqu’elle change de milieu. Voilà ce qui conclue notre article d’aujourd’hui. Cependant avant de se quitter, je voudrais te laisser avec cette réflexion. Que se passerait-il si, dans notre désir d’en apprendre plus sur une étoile, on envoie depuis la Terre une fusée en ligne droite en visant une étoile ? Partage nous ta réponse en commentaire. D’ici là, à bientôt sur Sciences Corner !


Si tu veux connaître davantage de phénomènes optiques présents dans la nature, j’ai trouvé cet ouvrage particulièrement intéressant et bien illustré. Bonne lecture !

  • David LYNCH, William LIVINGSTON. (2002). Aurores mirages éclipses. DUNOD

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Réseaux sociaux

S'abonner à la Newsletter