La recherche astronomique moderne a accumulé une étonnante richesse de connaissances sur l'univers malgré les limites extrêmes de l'observation et de la collecte de données. Les astronomes rapportent régulièrement des informations détaillées sur des objets qui se trouvent à des milliers de kilomètres. L'une des techniques essentielles de la recherche astronomique consiste à mesurer le rayonnement électromagnétique et à effectuer des calculs détaillés pour déterminer la température des objets éloignés.

De la température à la couleur

La couleur de la lumière rayonnée par une étoile révèle son température, et la température d'une étoile détermine la température des objets proches tels que les planètes. La lumière est produite lorsque des particules atomiques chargées vibrent et libèrent de l'énergie sous forme de particules légères, appelées photons. Parce que la température correspond à l'énergie interne d'un objet, des objets plus chauds émettront des photons d'énergie plus élevée. L'énergie des photons détermine la longueur d'onde ou la couleur de la lumière; ainsi, la couleur de la lumière émise par un objet est une indication de température. Ce phénomène n'est cependant pas observable jusqu'à ce qu'un objet devienne extrêmement chaud - environ 3 000 degrés Celsius (5 432 degrés Fahrenheit) - parce que les températures plus basses rayonnent dans le spectre infrarouge plutôt que dans le spectre visible.

Blackbodies célestes

Le concept d'un corps noir est essentiel pour mesurer la température des objets astronomiques. Un corps noir est un objet théorique qui absorbe parfaitement l'énergie de toutes les longueurs d'onde de la lumière. De plus, l'émission de lumière d'un corps noir n'est pas influencée par la composition de l'objet. Cela signifie qu'un corps noir rayonne de la lumière selon un certain spectre de couleurs qui dépend uniquement de la température de l'objet. Les étoiles ne sont pas des corps noirs idéaux, mais elles sont assez proches pour permettre une approximation précise de la température en fonction des longueurs d'onde d'émission.

Plusieurs longueurs d'onde, un pic

Une simple observation visuelle ne révèle pas la température d'une étoile car la température détermine la longueur d'onde d'émission de crête, pas la seule longueur d'onde d'émission. Les étoiles apparaissent généralement blanchâtres parce que leurs spectres d'émission couvrent un large éventail de longueurs d'onde, et l'œil humain interprète un mélange de toutes les couleurs comme une lumière blanche. Par conséquent, les astronomes utilisent des filtres optiques qui isolent certaines couleurs, puis ils comparent les intensités de ces couleurs isolées pour déterminer le pic approximatif du spectre d'émission d'une étoile.

Réchauffé par une étoile

Les températures planétaires sont plus difficile à déterminer, car les caractéristiques d'absorption et d'émission d'une planète peuvent ne pas être suffisamment similaires aux caractéristiques d'absorption et d'émission d'un corps noir. L'atmosphère et les matériaux de surface d'une planète peuvent refléter des quantités significatives de lumière, et une partie de l'énergie lumineuse absorbée est retenue par l'effet de serre. Par conséquent, les astronomes estiment la température d'une planète éloignée à l'aide de calculs complexes tenant compte de la température de l'étoile la plus proche, de la distance de l'étoile, du pourcentage de lumière réfléchie, de la composition de l'atmosphère caractéristiques.