Pourquoi ne voit-on pas les étoiles le jour ?

Voici une question simple qui cache une surprise : où vont les étoiles pendant la journée ? La réponse qui pourrait vous étonner est qu'elles ne vont nulle part. Les étoiles que vous regardiez scintiller au-dessus de vous la nuit dernière sont encore exactement aux mêmes endroits en ce moment même, au-dessus de vous tandis que vous lisez ces mots en plein jour. La seule différence est que vous ne pouvez plus les voir.

La vérité est que les étoiles ne s'éteignent pas à l'aube ni ne s'allument au crépuscule ; ce sont des lampes fixes qui ignorent la différence entre le jour et la nuit. Ce qui change, c'est le milieu à travers lequel nous regardons : notre atmosphère, désormais inondée de lumière solaire. Laissez-moi vous expliquer comment une lumière vive peut cacher une autre lumière plus faible, car c'est le cœur de toute l'histoire.

Le contraste est la clé

L'œil humain ne voit pas la « lumière absolue » mais les « différences ». Une étoile lointaine paraît brillante la nuit non parce qu'elle est éblouissante en soi, mais parce que le fond autour d'elle est totalement sombre, si bien que son minuscule point se détache sur cette noirceur. Cette différence entre le point lumineux et le fond sombre est ce que nous appelons le contraste, et c'est ce qui rend la vision possible.

Imaginez maintenant que vous allumiez une petite bougie dans une pièce sombre ; vous la verrez clairement car sa flamme contraste avec l'obscurité. Mais portez cette même bougie dehors à midi sous un Soleil éclatant, et vous distinguerez à peine sa flamme. La bougie n'a pas faibli, mais la lumière environnante l'a submergée. Les étoiles en plein jour sont exactement comme cette bougie : toujours brillantes, mais le fond du ciel est devenu plus lumineux qu'elles.

D'où vient la lueur bleue du ciel ?

Mais pourquoi le fond du ciel devient-il lumineux au départ ? Parce que lorsque la lumière solaire entre dans notre atmosphère, elle heurte de minuscules molécules d'air qui la dispersent dans toutes les directions. La lumière bleue en particulier, sa longueur d'onde étant courte, se disperse plus fortement que les autres, emplissant toute la voûte au-dessus de nous d'une lueur bleue diffuse. Ce processus s'appelle la diffusion de Rayleigh, le même qui donne au ciel diurne sa couleur bleue.

Le résultat est que le ciel entier est devenu une vaste source de lumière sans aucun point sombre. La lumière d'une étoile lointaine peut bien nous parvenir de jour, mais elle se dissout dans cette mer bleue lumineuse qui l'inonde de toutes parts. C'est comme tenter d'entendre un faible murmure au milieu d'une foule bruyante : le son est là, mais totalement enseveli.

Voilà pourquoi nous ne voyons pas les étoiles le jour : ce n'est pas que le corps du Soleil les masque, mais que sa lumière, diffusée par l'atmosphère, élève l'éclat du fond bien au-delà de celui des étoiles. Supprimez cette diffusion, et une étoile réapparaît aussitôt.

La preuve venue de la surface lunaire

La meilleure preuve de cette idée vient d'un lieu sans aucune atmosphère : la surface de la Lune. Un astronaute debout sur la Lune en plein « jour lunaire », le Soleil flamboyant au-dessus, voit néanmoins un ciel d'un noir absolu. Pourquoi ? Parce qu'il n'y a pas d'air pour disperser la lumière solaire et créer un fond lumineux. Le Soleil et les étoiles partagent là le même ciel, puisque rien ne noie la lumière stellaire.

Vous vous êtes peut-être demandé pourquoi les étoiles n'apparaissent pas sur les photos d'Apollo sur la Lune malgré le ciel noir. La raison n'est pas leur absence mais les réglages de l'appareil : ils étaient ajustés pour capturer la surface lunaire et les combinaisons très éclairées, si bien que la vitesse d'obturation rapide n'a laissé aucune chance à la faible lumière des étoiles. En fixant l'appareil et en allongeant l'exposition, les étoiles seraient apparues.

Quand peut-on apercevoir une étoile en plein jour ?

Il existe de charmantes exceptions qui confirment la règle. Vénus, l'objet le plus brillant de notre ciel après le Soleil et la Lune, peut parfois se voir à l'œil nu de jour si l'on sait exactement où regarder, surtout par ciel clair. Les télescopes aussi révèlent les étoiles brillantes de jour, car ils collectent la lumière et réduisent le champ de vision, augmentant le contraste de l'étoile sur le fond.

Le moment le plus célèbre où les étoiles reviennent soudain dans le ciel de jour est celui d'une éclipse solaire totale. Quand la Lune couvre entièrement le disque solaire, l'éclat du ciel chute brusquement en quelques minutes, et les étoiles et planètes brillantes surgissent dans ce qui était le plein jour. Un spectacle qui nous rappelle que les étoiles ne sont jamais parties ; elles attendaient seulement que la lumière envahissante s'estompe.

Le retour progressif des étoiles au crépuscule

Observez le ciel juste après le coucher du Soleil et vous vivrez l'histoire de vos propres yeux. Dans les premières minutes, vous ne voyez qu'un bleu qui s'estompe, puis une seule étoile brillante apparaît, puis deux, puis des dizaines, jusqu'à ce que le ciel éclate en milliers de points à la nuit complète. Rien n'a changé dans les étoiles durant ces minutes ; il s'est seulement produit que l'éclat du fond du ciel a baissé degré par degré, si bien que l'étoile plus faible a pu franchir le seuil de visibilité l'une après l'autre.

Les astronomes nomment l'étoile la plus faible visible dans un ciel donné la « magnitude limite ». Au cœur d'une ville éclairée, cette limite peut être très basse, si bien que l'on ne voit que les étoiles les plus brillantes, tandis que dans un désert obscur la limite s'élève jusqu'à ce que des milliers d'étoiles et la Voie lactée elle-même apparaissent. Le jour n'est que le cas extrême de cette règle : un fond si lumineux qu'il pousse la limite de visibilité au-dessus de l'éclat de presque toutes les étoiles.

Les questions des curieux

Peut-on voir les étoiles du fond d'un puits profond en plein jour ? C'est un vieux mythe transmis depuis l'époque d'Aristote, et la réponse scientifique est qu'il est faux. Un puits bloque l'éblouissement direct venu des côtés, mais il ne change pas l'éclat de la parcelle de ciel bleu visible à son ouverture, et cette parcelle reste bien plus brillante que n'importe quelle étoile.

Et les étoiles brillent-elles davantage en hiver, ou est-ce parce que l'air est plus pur ? Ce que nous voyons par une froide nuit d'hiver peut paraître plus net car l'air sec est moins humide et, dans certaines régions, moins pollué par la lumière, mais les étoiles elles-mêmes ne changent pas. La règle constante est que voir une étoile dépend de deux choses : son propre éclat, et la quantité de lumière parasite qui l'entoure au fond.

Sources

NASA — documents sur la diffusion de la lumière et la visibilité astronomique. Encyclopædia Britannica — articles « Rayleigh scattering » et « Sky brightness ». National Geographic. Agence spatiale européenne (ESA).

Questions fréquentes

Les étoiles sont-elles toujours là pendant la journée ? Oui, les étoiles ne partent jamais ; elles brillent sans interruption. Celles que vous avez vues la nuit dernière sont exactement aux mêmes endroits au-dessus de vous en ce moment. Vous ne les voyez pas simplement parce que la lumière solaire diffusée rend le fond du ciel bien plus lumineux que leur faible éclat, effaçant le contraste dont votre œil a besoin.

Pourquoi le ciel est-il noir sur la Lune en plein jour lunaire ? La Lune n'a pas d'atmosphère, donc aucune molécule d'air pour disperser la lumière solaire et créer un fond lumineux. Rien ne noyant la lumière stellaire, le Soleil et les étoiles partagent le même ciel d'un noir absolu. C'est la preuve la plus nette que c'est la lumière diffusée de notre atmosphère, et non le Soleil lui-même, qui cache les étoiles de jour sur Terre.

Peut-on vraiment voir les étoiles du fond d'un puits profond en plein jour ? Non, c'est un vieux mythe transmis depuis l'époque d'Aristote. Un puits bloque l'éblouissement direct venu des côtés, mais il n'atténue pas la parcelle de ciel bleu visible à son ouverture, qui reste bien plus brillante que n'importe quelle étoile. Se protéger les yeux ainsi ne réduit tout simplement pas assez l'éclat du fond du ciel.

Quelle planète peut-on voir en plein jour ? Vénus, l'objet le plus brillant de notre ciel après le Soleil et la Lune, peut parfois s'apercevoir à l'œil nu de jour si l'on sait exactement où regarder, surtout par ciel clair. Les télescopes révèlent aussi des étoiles brillantes de jour, car ils collectent la lumière et réduisent le champ de vision, augmentant le contraste de l'objet sur le fond lumineux.

Pourquoi les étoiles apparaissent-elles lors d'une éclipse solaire totale ? Quand la Lune couvre entièrement le disque solaire, l'éclat du ciel chute brusquement en quelques minutes, car la source qui inonde l'atmosphère de lumière diffusée est momentanément bloquée. À mesure que le fond s'assombrit, étoiles et planètes brillantes surgissent en plein jour, rappel saisissant qu'elles étaient là depuis le début, simplement éclipsées par la lumière.