En regardant le ciel, par une nuit sans nuage, nous pouvons observer des milliers d’étoiles et l’on a la curieuse impression qu’elles sont toutes différentes : certaines nous paraissent grosses, d’autres petites, certaines scintillent et d’autre encore sont colorées.
La principale information tirée par l’observateur est liée à la grosseur des étoiles, plus exactement à la luminosité perçue. En effet les étoiles qui paraissent les plus grosses sont les plus lumineuses (comme Sirius, Véga ou Bételgeuse) et celles qui paraissent plus "petites" sont les moins lumineuses (et souvent on ne connaît pas leur nom).

La magnitude: une échelle de luminosité

Depuis des millénaires, les cartes du ciel ont été tracées en indiquant non seulement la position des étoiles, mais aussi leur éclat. 
Dans l’Antiquité, au IIème siècle avant JC, Hipparque a par exemple dessiné une carte sur laquelle il a défini 6 grandeurs pour classer la luminosité des étoiles : de la première grandeur, pour les étoiles les plus lumineuses, jusqu'à la sixième, pour les étoiles les moins lumineuses.

Un exemple de carte du ciel, et la zone correspondante telle qu'elle nous apparaît la nuit

Avec l'apparition et le perfectionnement des outils d'observation l'Homme a pu observer des étoiles encore moins lumineuses (7ème, 8ème, 9ème grandeur). Les cartes sont devenues plus précises et la luminosité des étoiles a été mesurée plus minutieusement.
Ces progrès ont conduit à une loi mathématique : la loi de Pogson. Cette loi permet de calculer une magnitude, c’est-à-dire un nombre qui correspond à un éclat perçu.

Deux éléments sont importants dans le système des magnitudes :

• plus la magnitude est faible, plus l’objet nous paraît lumineux
• une magnitude peut avoir une valeur inférieure à 0 (pour les astres les plus lumineux)

La magnitude la plus élevée (c’est-à-dire correspondant aux objets les moins lumineux) perceptible à l’œil nu est de 6, pour un ciel nocturne de campagne, c’est-à-dire avec peu de pollution lumineuse. En ville, cette pollution lumineuse est plus importante et l’on perçoit difficilement des étoiles de magnitude plus élevée que 3 ou 4.

Magnitudes des astres proches

Certains astres comme les planètes sont parfois plus lumineux que les étoiles. Leur magnitude est donc inférieure. On obtient parfois des magnitudes négatives pour Mars, Vénus, Mercure, Jupiter ou Saturne, de 0 à -4 en fonction de leur distance à la Terre.
Mais il y a encore plus lumineux : la Lune et le Soleil ! Le Soleil a ainsi une magnitude de -26,7.

Bien évidemment, l’éclat très important de notre Soleil par rapport à celui des étoiles est dû au fait qu’il est beaucoup plus proche de nous que les autres étoiles.
L'éclat que nous percevons pour un astre dépend donc de la distance de cet astre par rapport à l'observateur.

Un astre que nous percevons plus brillant qu’un autre est-il réellement plus brillant ? Ou la différence d’éclairement est-elle tout simplement due au fait qu’il est plus proche de nous ?

Magnitude absolue et magnitude relative

La magnitude décrite jusqu’ici pour un astre correspond à sa magnitude relative, car elle se base sur l’éclat perçu par notre œil.
On définit aussi une magnitude absolue, qui permet de définir l’éclat réel d’un astre. La magnitude absolue correspond en fait à la magnitude qu’aurait l’astre si l'on se trouvait à une distance de 32,6 années-lumière pour l'observer.

Ainsi, le Soleil a une magnitude relative de -26,7 mais une magnitude absolue de 4,7.
Sirius, l’étoile la plus brillante de notre ciel, a une magnitude apparente de -1,5 mais une magnitude absolue de 1,5.

Il est donc possible de connaître la distance d'une étoile si nous pouvons déterminer sa magnitude absolue (celle-ci peut être obtenue par une méthode d'analyse de la lumière par spectroscopie).

Pourquoi passer au système de magnitudes ?

L’unité de mesure de l'éclat des étoiles se mesure en lux. Ainsi, le Soleil produit un éclairement d’environ 100 000 lux et Sirius 0, 000 008 lux. Dans les calculs mathématiques il n'est pas simple de manipuler de tels nombres.
L’échelle des magnitudes permet d’obtenir des nombres plus simples à manipuler, et facilite grandement les calculs.

Lorsqu’on utilise des instruments d’observation, on peut également déterminer une « magnitude limite théorique » de l’instrument, c’est-à-dire la magnitude maximum des objets que l’instrument permet d’observer.

Questions

• D'après mes éphémérides, Neptune, sera visible ce soir et aura une magnitude de 7,8. Je possède une paire de jumelles dont la magnitude limite théorique est de 10. Pourrais-je trouver Neptune à l'oeil nu? Pourrai-je l'observer aux jumelles?
• Cette phrase est-elle vraie ou fausse ? : "Ce soir, sachant que Mercure et Saturne seront visibles, que Mercure aura une magnitude de 4, et Saturne une magnitude de 1, cela signifie que Mercure est plus éloignée de nous que Saturne."