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Calculer la masse d'air et l'extinction atmosphérique

Trouvez quelle épaisseur d'atmosphère traverse la lumière d'un astre à une hauteur donnée, combien de magnitudes elle perd par extinction et de combien la turbulence se dégrade, pour planifier observations et astrophotographie.

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Résultats

Masse d'air (Kasten et Young)

1,994

De 1,5 à 2 : acceptable pour la plupart des images

Extinction totale

0,40 mag

Sécante simple de la distance zénithale
2,000
Atténuation supplémentaire par rapport au zénith
0,20 mag
Part de la lumière transmise
69,3 %
Turbulence attendue à cette hauteur
3,0 ″
Distance zénithale
60,0 °

Qu’est-ce que la masse d’air ?

La masse d’air est l’épaisseur d’atmosphère que traverse la lumière d’un astre, rapportée à celle traversée au zénith. Au zénith, elle vaut 1. Quand l’astre descend vers l’horizon, sa lumière traverse de plus en plus d’air, qui l’atténue, la rougit et la brouille.

La formule

Au-dessus d’environ 30° de hauteur, la formule de la sécante suffit : X = 1 ÷ cos(distance zénithale) = 1 ÷ sin(hauteur). Près de l’horizon, elle surestime, car l’atmosphère est courbe. Le calculateur utilise la formule de Kasten et Young (1989), valable jusqu’à l’horizon :

X = 1 ÷ (cos z + 0,50572 × (96,07995° − z)^−1,6364)

Hauteur Masse d’air
90° 1,00
60° 1,15
45° 1,41
30° 1,99
20° 2,90
10° 5,6
5° 10,3
0° environ 38

L’extinction atmosphérique

Chaque masse d’air atténue la lumière d’un coefficient d’extinction k, en magnitudes. En lumière visible, k vaut environ 0,15 sur un excellent site de montagne comme le Pic du Midi, 0,2 sur un site courant et 0,3 ou plus par temps brumeux. L’extinction totale vaut k × X.

À 30° de hauteur avec k = 0,2, une étoile perd environ 0,4 magnitude : seuls 69 % de sa lumière arrivent, soit 0,2 magnitude de moins qu’au zénith. Le bleu est plus absorbé que le rouge, ce qui explique la couleur orangée de la Lune à son lever.

La turbulence

La turbulence (le « seeing ») augmente aussi avec la masse d’air. Une règle courante veut qu’elle varie environ comme X^0,6 : 2″ au zénith deviennent environ 3″ à 30° de hauteur. Les observateurs des planètes et les astrophotographes attendent donc le passage au méridien, quand l’astre est au plus haut.

Règles pratiques

  • Photographiez vos cibles au-dessus de 30 à 40° quand c’est possible, idéalement près du méridien.
  • Commencez par les cibles basses qui se couchent, finissez par celles qui se lèvent.
  • En photométrie, on corrige l’extinction avec des étoiles de comparaison à masse d’air voisine.
  • Les filtres à bande étroite souffrent moins de l’extinction et de la pollution lumineuse près de l’horizon que les images en couleur.

Un mot sur la France

La plupart des sites d’observation amateurs en plaine ont un k proche de 0,25 à 0,3 en été, à cause de l’humidité et des aérosols. En altitude, dans les Alpes ou les Pyrénées, et par masse d’air froide et sèche après le passage d’un front, il peut descendre vers 0,15 : ce sont les meilleures nuits pour le ciel profond.

Questions fréquentes

Qu'est-ce que la masse d'air en astronomie ?

L'épaisseur d'atmosphère traversée par la lumière d'un astre, rapportée à celle au zénith. Elle vaut 1 au zénith, environ 2 à 30° de hauteur et près de 38 à l'horizon.

De combien l'extinction atténue-t-elle une étoile ?

L'extinction vaut k × masse d'air, en magnitudes. Avec un k courant de 0,2, une étoile à 30° de hauteur perd environ 0,4 magnitude : 69 % de sa lumière passent.

Pourquoi les astres sont-ils plus rouges près de l'horizon ?

L'atmosphère diffuse et absorbe davantage le bleu que le rouge. Le trajet plus long à forte masse d'air enlève plus de bleu et rougit les étoiles, le Soleil et la Lune.

À quelle hauteur photographier le ciel profond ?

Le plus haut possible, idéalement près du méridien. Au-dessus de 40° environ, la masse d'air reste sous 1,5 et l'extinction et la turbulence restent proches de leur minimum.

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Résultats indicatifs fournis à titre d'information. Ils ne remplacent pas l'avis d'un professionnel.