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La couleur de la lumière émise par une étoile est un indice direct de sa température de surface. Les étoiles plus chaudes produisent des photons aux énergies plus élevées, qui déplacent le pic de leur émission vers l’extrémité bleue du spectre. Les étoiles plus froides culminent dans le rouge ou l’infrarouge. Parce que nos yeux perçoivent un mélange de toutes les couleurs comme du blanc, la plupart des étoiles apparaissent blanchâtres à l'œil nu, même si leur spectre contient des pics distincts.
En physique, un corps noir est un objet idéalisé qui absorbe tout rayonnement incident et réémet de l’énergie uniquement en fonction de sa température, selon la loi de Planck. Les étoiles ne sont pas des corps noirs parfaits, mais elles sont suffisamment proches pour que leurs distributions spectrales d'énergie puissent être adaptées à une courbe de corps noir, permettant aux astronomes de déduire une température effective précise.
Étant donné que la longueur d’onde maximale d’émission détermine la température, les astronomes isolent des bandes de couleurs spécifiques à l’aide de filtres optiques. En mesurant l'intensité, par exemple, des filtres bleu (B) et rouge (R) et en comparant leurs rapports, ils peuvent localiser le pic du spectre de l'étoile et calculer sa température avec une grande précision.
Déterminer la température d’une planète est plus complexe. L’atmosphère, l’albédo de la surface et l’effet de serre d’une planète peuvent modifier considérablement le bilan énergétique. Les astronomes modélisent ces facteurs (flux stellaire, distance orbitale, propriétés de réflexion, composition atmosphérique et rotation) pour estimer la température d'équilibre de la planète et, si possible, sa température réelle de surface.
Connaître les températures des étoiles et des planètes nous renseigne sur leur composition, leur évolution et leur habitabilité potentielle. Cela nous permet également de tester la physique fondamentale dans des conditions extrêmes impossibles à recréer sur Terre.