Le casse-tête des anciens catalogues d'étoiles et des corrections de luminosité modernes

Les anciens catalogues d'étoiles qui donnent à la fois la position et la magnitude des étoiles remontent à plusieurs siècles. Le plus célèbre et le plus influent a été compilé par Ptolémée vers 140 avant JC et contient des listes de 1028 étoiles. Les astronomes modernes ont longtemps admiré la précision avec laquelle Ptolémée a mesuré la position des étoiles, mais ont prêté étonnamment peu d'attention aux magnitudes.

Cela change aujourd'hui grâce à une étude de Bradley Schaefer à la Louisiana State University à Baton Rouge. Schaefer a analysé les magnitudes dans l'ancien catalogue d'étoiles de Ptolémée et les a comparées aux valeurs modernes, les a trouvées extrêmement précises.

Mais il a une autre découverte qui est déroutante : la magnitude de Ptolémée n'est pas seulement précise, elle est également corrigée du fait qu'une étoile semble plus brillante au-dessus de sa tête qu'elle ne le fait près de l'horizon, un phénomène appelé extinction. C'est surprenant et sans précédent, dit Schaefer.

La physique derrière l'extinction est simple. La lumière des étoiles doit parcourir une certaine distance à travers l'atmosphère pour atteindre un observateur, un processus qui provoque la diffusion et l'absorption. Cette distance est minimisée lorsque l'étoile est au-dessus de la tête. Cependant, la lumière d'une étoile proche de l'horizon doit voyager plus de deux fois plus loin dans l'air, ce qui augmente considérablement la quantité de lumière perdue. Pour cette raison, les étoiles qui sont basses dans le ciel peuvent apparaître plus d'une magnitude plus faible qu'elles ne le sont réellement.

L'explication aurait été inconnue de Ptolémée (elle n'a été formulée ainsi qu'en 1729). Une question intéressante est donc de savoir comment Ptolémée a pu corriger ses observations. Malheureusement, l'ancien astronome n'offre aucun indice dans ses propres écrits. Alors qu'il consacre du temps à expliquer comment mesurer la position à l'aide d'un armillaire, il ne dit rien sur le processus qu'il a utilisé pour mesurer la grandeur.

Schaefer dit qu'il y a plusieurs façons dont Ptolémée aurait pu effectuer le tour. Pour commencer, la magnitude d'une étoile est une mesure relative, de sorte que les anciens astronomes ont dû choisir une étoile comme référence, puis en chercher d'autres avec une luminosité similaire, tout comme les astronomes modernes font le travail.

A partir d'une position d'observation donnée, certaines étoiles atteindraient régulièrement le zénith ou s'en approcheraient tandis que d'autres ne s'élèveraient jamais à plus de quelques degrés au-dessus de l'horizon. Et pourtant, Ptolémée obtient leurs luminosités relatives correctes.

Une idée avancée par Schaefer est que les mesures de toutes les étoiles auraient été effectuées lorsqu'elles étaient proches de l'horizon afin qu'elles souffrent toutes du même niveau d'extinction. Une autre est que les observateurs auraient corrigé plus ou moins inconsciemment l'obscurcissement puisqu'ils en auraient eu une longue expérience.

Il a pu exclure plusieurs suggestions potentielles, telles que la possibilité que son résultat soit un coup de chance, une possibilité qu'il dit pouvoir exclure avec son analyse statistique.

Le mystère s'approfondit avec une autre découverte de Schaefer selon laquelle Ptolémée a systématiquement surestimé la correction de l'extinction dans certaines directions et l'a sous-estimée dans d'autres, bien que dans l'ensemble, la correction moyenne de l'extinction soit exactement la bonne. Pourquoi cela aurait pu être le cas, Schaefer n'en a aucune idée.

Curieusement, Schaefer dit qu'il a trouvé des corrections d'extinction similaires dans les catalogues d'étoiles compilés par Al Sufi travaillant (c 960 après JC) à Ispahan dans ce qui est maintenant l'Iran, et dans les dossiers de Tycho Brahe (c 1590) qui a travaillé sur l'île de Hven dans les lignes droites entre le Danemark et la Suède. Ni l'un ni l'autre ne décrivent en détail comment ils ont mesuré la magnitude.

Il est clair que ces anciens astronomes disposaient de techniques puissantes pour corriger leurs données qui ont depuis été perdues. Suggestions sur la façon dont ils auraient pu le faire dans la section commentaires s'il vous plaît.

Réf : arxiv.org/abs/1303.1833 : Les magnitudes aux mille étoiles dans les catalogues de Ptolémée, Al Sufi et Tycho sont toutes corrigées pour l'extinction atmosphérique

cacher