Pourquoi ne voit-on pas les étoiles en plein jour ?
– Elles n’ont pas disparu
Vous pensez peut-être, sans trop y réfléchir, que « les étoiles ne sortent que la nuit ». En réalité, les étoiles sont là toute la journée, et leur lumière nous parvient bel et bien. Si on ne les voit plus, ce n’est pas parce qu’elles ont disparu, mais parce que le ciel lui-même devient trop lumineux et noie leur lumière. Le bleu du ciel s’explique par exactement le même mécanisme.
En plein midi par temps clair, vous levez les yeux : pas une seule étoile. Mais au même endroit, une fois le soleil couché et la nuit tombée, des étoiles apparaissent l’une après l’autre dans un ciel qui semblait vide l’instant d’avant.
De là naît l’image d’étoiles qui « sortent » la nuit. Dans la vie courante, c’est une impression bien naturelle.
Pourtant, ce n’est pas exact. Comme le Soleil, les étoiles brillent en permanence au même endroit. Elles ne se déplacent pas, et elles n’apparaissent ni ne disparaissent.
Ce qui change, ce n’est pas l’étoile, mais la luminosité du ciel qui l’entoure.
La lumière du Soleil est diffusée par l’air, et tout le ciel devient une grande source de lumière diffuse. Cette clarté efface la lumière des étoiles.
Même la plus brillante des étoiles n’a qu’environ un milliardième de l’éclat du Soleil, voire moins. Face à une lumière éblouissante, elle disparaît.
« Invisible » et « absent », ce n’est pas du tout la même chose. Voyons cela pas à pas.
Le bleu du ciel et les étoiles invisibles : un même phénomène
Comme nous l’expliquons dans un autre article, le ciel de jour paraît bleu parce que la lumière du Soleil heurte les molécules de l’air et part dans toutes les directions. Cette « lumière diffusée » fait briller tout le ciel comme un immense éclairage.
La lumière des étoiles traverse ce même ciel pour arriver jusqu’à nos yeux. Elle ne s’affaiblit pas et ne cesse pas d’arriver sous prétexte qu’il fait jour.
Le problème, c’est que juste derrière cette lumière d’étoile s’étend un « éclairage » bien plus intense : le ciel lui-même. Une lueur ténue devient indiscernable devant un fond lumineux.
C’est l’éclairage du ciel qui s’éteint.
C’est comme une bougie : le même effet, dans l’autre sens
Pour mieux comprendre, prenons une scène familière. Dans une pièce plongée dans le noir, même la petite flamme d’une bougie se voit très bien. Mais posez la même bougie sur un rebord de fenêtre en plein jour : sa flamme ne se remarque presque plus.
L’éclat de la bougie n’a pas changé. Ce qui a changé, c’est la luminosité alentour. Dans l’obscurité, une petite lumière ressort ; dans un décor lumineux, la même lumière s’estompe.
Il en va exactement de même pour les étoiles et le ciel. Une étoile n’est jamais visible que par rapport à la « luminosité ambiante » du ciel. Le ciel de jour est si lumineux que presque toutes les lueurs aussi faibles que celles des étoiles s’y noient.
Tous les astres ne disparaissent pas en plein jour. Le Soleil et la Lune se voient bien de jour, et, dans de bonnes conditions, on peut même apercevoir Vénus.
Point commun : leur éclat de départ est exceptionnellement fort. Seuls les astres qui l’emportent en éclat sur le fond lumineux du ciel se distinguent de jour. Autrement dit, c’est un exemple qui confirme la raison pour laquelle on ne voit pas les étoiles. Seuls ceux qui gagnent ce duel de luminosité percent le ciel de jour.
Avec un télescope, on voit parfois des étoiles en plein jour
À l’œil nu, c’est impossible. Mais avec un grand télescope, on peut parfois observer de jour les étoiles brillantes.
Un télescope recueille la lumière des étoiles tout en resserrant la portion de ciel que l’on voit (le champ). Plus le champ est étroit, moins il entre de « lumière du ciel ». La lumière de l’étoile est concentrée par la lentille, donc renforcée ; la luminosité du fond est réduite par le champ resserré. Ces deux effets combinés réduisent l’écart d’éclat et facilitent la détection.
Le télescope ne « fait pas venir » les étoiles : c’est un instrument qui place le duel de luminosité entre l’étoile et le fond dans des conditions favorables à l’étoile.
Ce que vous pouvez vérifier vous-même
- Par un jour ensoleillé, rendez la pièce sombre, puis allumez une petite lampe de poche (si possible à faible intensité)
- Dans la pièce sombre, constatez que la lumière se voit bien
- Ensuite, ouvrez les rideaux pour éclairer la pièce, et allumez la même lampe
- Constatez que la même lumière devient soudain peu visible
- C’est une reproduction à portée de main du phénomène « la lumière de l’étoile n’a pas changé, mais on ne la voit pas de jour »
Les étapes 4 et 5 sont le cœur de l’expérience. Vous voyez de vos propres yeux que ce n’est pas la lumière elle-même, mais la luminosité alentour, qui décide si on la voit. Ne dirigez jamais la lumière directement vers les yeux de quelqu’un.
En résumé
Si on ne voit pas les étoiles de jour, ce n’est pas parce qu’elles ont disparu. Leur lumière arrive de jour comme de nuit, mais la lumière du Soleil, diffusée par l’air, éclaire tout le ciel et noie cette faible lueur. Le bleu du ciel et les étoiles invisibles sont deux facettes d’un seul et même phénomène.
Les étoiles sont toujours là.
Qu’on les voie ou non dépend de la luminosité ambiante.
Pour aller plus loin – vocabulaire, chiffres, lien avec les manuelsDu collège à la recherche en cours : le niveau de chaque passage est indiqué
- CollègeAu programme de sciences du collège japonais
- LycéeAu programme de « Sciences de la Terre – bases » au lycée
- Lycée+« Sciences de la Terre » au lycée, ou contenu d’approfondissement ou d’encadré des manuels
- Univ.Hors programme du lycée : contenu de cours universitaires spécialisés (astronomie)
- RechercheSujets que les chercheurs étudient en ce moment, non enseignés comme acquis, même à l’université
CollègeVocabulaire : les mots de l’éclat des étoiles
- Étoile : un astre qui brille par lui-même, comme le Soleil (pourquoi il brille est traité dans un autre article).
- Magnitude : nombre qui exprime l’éclat d’un astre. Plus il est petit, plus l’astre est brillant ; un écart de 5 correspond exactement à un rapport d’éclat de 100.
- Diffusion : phénomène par lequel la lumière heurte des molécules de l’air et part dans toutes les directions. C’est ce qui fait briller le ciel.
- Contraste : différence entre ce qui est clair et ce qui est sombre. Plus elle est faible, plus il est difficile de distinguer les deux.
LycéeVérifier par la formule : de combien le Soleil est-il plus brillant qu’une étoile ?
L’éclat d’un astre s’exprime par sa magnitude. Savoir manier ce nombre permet de calculer à quel point le Soleil est incomparablement plus brillant.
rapport d’éclat = 100 ^ (écart de magnitude ÷ 5)
| Rapport d’éclat | Combien de fois plus brillant |
| Écart de magnitude | Différence entre les magnitudes de deux astres |
| 100^(…) | 100 élevé à la puissance indiquée entre parenthèses |
Cette formule découle de la règle « un écart de 5 magnitudes correspond exactement à un rapport d’éclat de 100 ». Plus la magnitude est petite, plus l’astre est brillant ; le Soleil et les astres très éclatants ont des magnitudes négatives.
| Magnitude du Soleil | env. −26,7 |
| Magnitude de Sirius (étoile la plus brillante du ciel nocturne) | env. −1,5 |
| Repère : étoile la plus faible visible à l’œil nu | env. +6 |
| Calculer l’écart de magnitude | −1,5 − (−26,7) ＝ 25,2 |
| Diviser par 5 | 25,2 ÷ 5 ＝ 5,04 |
| Élever 100 à la puissance 5,04 | 100^5,04 ≒ 1,2 × 10¹⁰ |
| Le Soleil est | env. 12 milliards de fois plus brillant que Sirius |
12 milliards de fois. Même l’étoile la plus remarquable du ciel nocturne, face au Soleil, est si faible qu’elle semble presque inexistante. Cet écart écrasant explique pourquoi la lumière des étoiles ne peut pas rivaliser avec la clarté du ciel de jour.
| Magnitude de Vénus à son maximum d’éclat | env. −4,6 |
| Écart de magnitude avec le Soleil | −4,6 − (−26,7) ＝ 22,1 |
| Diviser par 5 | 22,1 ÷ 5 ＝ 4,42 |
| Élever 100 à la puissance 4,42 | 100^4,42 ≒ 6,9 × 10⁸ |
| Le Soleil est | env. 690 millions de fois plus brillant que Vénus |
Comparons maintenant Vénus et Sirius.
| Écart de magnitude entre Vénus et Sirius | −1,5 − (−4,6) ＝ 3,1 |
| Diviser par 5 | 3,1 ÷ 5 ＝ 0,62 |
| Élever 100 à la puissance 0,62 | 100^0,62 ≒ 17,4 |
| Vénus est | env. 17 fois plus brillante que Sirius |
Vénus est un astre encore 17 fois plus brillant que Sirius. Son écart avec le Soleil (env. 690 millions de fois) est bien plus petit que celui de Sirius (env. 12 milliards de fois).
Cette position « l’écart reste grand, mais moins que pour Sirius » explique que seul celui qui sait où regarder, par un jour favorable, parvienne à repérer Vénus en plein jour. Avec Sirius, même cette méthode ne marche pratiquement pas. L’écart est trop grand.
※ La possibilité de distinguer un astre à l’œil nu de jour dépend de nombreuses conditions : transparence de l’atmosphère, acuité visuelle, protection de la lumière autour des yeux, etc. Ce calcul ne sert qu’à saisir l’ordre de grandeur de l’éclat.
| Pour un écart de 1 | 1 ÷ 5 ＝ 0,2 |
| 100 à la puissance 0,2 | 100^0,2 ≒ 2,512 |
| Vérification | 2,512 × 2,512 × 2,512 × 2,512 × 2,512 ≒ 100 |
| 1 magnitude d’écart | env. 2,512 fois |
Le nombre « 2,512 » est celui qui, multiplié cinq fois par lui-même, donne exactement 100. En astronomie, c’est toujours cette base qui sert à convertir un écart de magnitude en rapport d’éclat. Pour 2 magnitudes d’écart : 2,512×2,512 ≒ 6,3 fois ; pour 3 magnitudes : env. 15,8 fois, et ainsi de suite.
Lycée+Une autre condition qui décide de ce qu’on voit
Jusqu’ici, nous avons regardé le rapport entre l’éclat de l’étoile et celui du ciel. Pour que l’œil distingue vraiment un astre, il y a une autre condition : la taille apparente de l’objet, presque ponctuel ou non.
Les étoiles sont si lointaines qu’elles nous parviennent presque comme de simples « points ». Une lumière ponctuelle, sans étendue, se noie particulièrement facilement dans un fond lumineux. L’astuce du télescope, qui recueille la lumière tout en resserrant le champ, retourne cette propriété à son avantage.
En observation astronomique, on distingue l’éclat d’un point comme une étoile (magnitude visuelle) et l’éclat du ciel lui-même par unité de surface (luminosité du fond). Comparer les deux permet d’estimer plus précisément si une étoile sera visible dans les conditions de ciel du moment.
Univ.En montagne ou dans l’espace, tout change
La luminosité du ciel dépend en gros de la quantité d’air qui diffuse la lumière. En altitude, il y a moins d’air au-dessus de nous : même de jour, le ciel paraît un peu plus sombre.
Et hors de l’atmosphère (dans l’espace), il n’y a tout simplement plus d’air pour diffuser la lumière. C’est pourquoi les astronautes peuvent, même quand le Soleil est levé, observer un ciel où les étoiles se voient nettement. Si le ciel est lumineux, c’est parce que la Terre possède une atmosphère.
Cette idée a des conséquences très concrètes pour le choix de l’emplacement d’un observatoire. Si l’on choisit des sommets, où l’air est mince et la pollution lumineuse faible, c’est pour abaisser autant que possible la luminosité du fond.
RechercheCe qui n’est pas encore clair
- Prédire précisément la luminosité du ciel de jour d’après le lieu, l’heure et l’état de l’atmosphère reste difficile aujourd’hui. Poussières, vapeur d’eau, hauteur du Soleil et bien d’autres facteurs s’entremêlent ; les estimations des modèles peuvent encore être améliorées.
- La capacité de l’œil à détecter une faible lumière dans un fond lumineux varie selon les personnes. Âge, obscurité autour des yeux et autres conditions creusent des écarts importants ; tracer une ligne unique du type « avec tant d’écart d’éclat, c’est certainement invisible » est délicat.
- L’impact de la lumière des villes (pollution lumineuse) sur le ciel nocturne fait aussi l’objet de mesures locales et d’études de mesures correctives. De plus en plus d’endroits voient leur ciel de nuit, naturellement sombre, se rapprocher d’un « ciel de jour » à cause de la lumière artificielle : on peut dire que le mécanisme décrit dans cet article commence à se produire aussi la nuit.
« Voir ou ne pas voir une étoile » paraît simple, mais mêle physique de la lumière, propriétés de l’œil et état de l’atmosphère. Plus une question est familière, plus elle s’approfondit : c’est un schéma que ce site a déjà rencontré bien des fois, et le voici de nouveau.
Lien avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière · unité | Où dans cet article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences : propriétés des étoiles, de la lumière | Les étoiles brillent jour et nuit |
| Lycée | Sciences de la Terre (bases) : éclat des étoiles (magnitude) | Calcul du rapport d’éclat à partir de l’écart de magnitude |
| Lycée+ | Sciences de la Terre : bases de l’observation | Différence entre source ponctuelle et luminosité du fond |
| Univ. | Astronomie, sciences de l’atmosphère | Altitude et luminosité du ciel, choix des sites d’observatoires |
| Recherche | Astronomie, sciences de l’environnement (non résolu) | Modélisation de la luminosité du ciel, effets de la pollution lumineuse |
| ― | Observation | Expérimenter comment le contraste change ce qu’on voit |
- Documents explicatifs de l’Observatoire astronomique national du Japon (国立天文台) sur les magnitudes stellaires et les bases de l’observation.
- Documents grand public de la Société astronomique du Japon (日本天文学会) sur l’éclat des astres et leur visibilité.
- Bohren, C. F. & Clothiaux, E. E., Fundamentals of Atmospheric Radiation (ouvrage spécialisé sur la diffusion atmosphérique et la luminosité du ciel).
- Documents de l’Association internationale du ciel noir (IDA) sur la pollution lumineuse.
- Données de magnitude des étoiles et des planètes tirées de divers annuaires astronomiques.
※ Les valeurs de magnitude varient légèrement selon les conditions d’observation et les sources. Cet article utilise des valeurs représentatives couramment citées.
※ Cet article est une vulgarisation scientifique destinée au grand public. Observer directement le Soleil risque de causer de graves lésions oculaires : ne le faites jamais. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur destinés à faire comprendre le mécanisme.