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.