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LUnivers dans les civilisations préscientifiques Lastronomie, fille de lastrologie Lastronomie dans la Grèce antique Le monde héliocentrique La naissance.

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1 LUnivers dans les civilisations préscientifiques Lastronomie, fille de lastrologie Lastronomie dans la Grèce antique Le monde héliocentrique La naissance de lastronomie

2 Genèse 1.14 Dieu dit : quil y ait des luminaires dans le ciel, pour séparer le jour davec la nuit ; que ce soient des signes pour marquer les époques, les jours et les années ; 1.19 Ainsi, il y eut un soir et il y eut un matin : ce fut le quatrième jour. Le monde biblique : (influencé par Babylone) Terre plate, flottant sur les eaux Firmament reposant sur des piliers (montagnes) Le tout baigné par les eaux du ciel LUnivers dans les civilisations préscientifiques

3 La création du monde chez les babyloniens Le monstre femelle Tiamat (chaos primordial) est tué par Mardouk (dieu du tonnerre) Tiamat est coupée en deux : une moitié forme la terre et lautre moitié le ciel Le sang du compagnon de Tiamat engendre les hommes Leur mission : servir les dieux LUnivers dans les civilisations préscientifiques - 2

4 La création du monde chez les égyptiens (version Héliopolis) Atoum (dieu primordial) engendre Chou et Tefnou Chou (dieu de lair) et Tefnou (déesse de lhumidité) engendrent les jumeaux Geb et Nout Chou (dieu de lair) sépare Nout (déesse du ciel) de Geb (dieu de la terre), naissance du monde que nous connaissons LUnivers dans les civilisations préscientifiques - 3

5 Interprétation magique des événements Exemple : le cycle journalier du soleil correspond au voyage du dieu Râ dans le ciel, sur sa « barque de millions dannées » La nuit, Râ pénètre dans le monde souterrain où il mène un combat contre les forces des ténèbres ; victorieux, il se lève à nouveau Les phénomènes inexpliqués sont interprétés en termes dactions individuelles de déités Pas de « lois naturelles » LUnivers dans les civilisations préscientifiques - 4

6 Tous les astres gardent la même position relative sauf : – le soleil – la lune – les 5 astres errants (planètes) leurs positions sont des signes Lastronomie, fille de lastrologie Le ciel, domaine des dieux les dieux habitent le ciel la vie des hommes est sujette aux caprices des dieux rechercher dans le ciel des signes du destin des hommes

7 Le zodiaque Les anciens repéraient les positions dans le ciel par rapport à des groupes détoiles (arbitraires) semblant dessiner des figures reconnaissables : les constellations Le mouvement apparent du soleil et des planètes les fait visiter une zone de la voûte céleste baptisée zodiaque Cette zone a été divisée en 12 constellations (de tailles un peu arrangées) correspondant aux 12 mois de lannée (un mois = un cycle de la lune) Lastronomie, fille de lastrologie - 2

8 Les astrologies babylonienne et grecque Pour les babyloniens, la position des astres errants influençait le destin des rois importance de prédire les mouvements du soleil, de le lune et des planètes pour : – connaître leur configuration lors de la naissance du souverain – prédire leurs positions dans le futur naissance de lastronomie Les grecs reprennent les idées des babyloniens en les généralisant à tous les individus Lastronomie, fille de lastrologie - 3

9 La précession des équinoxes La terre nest pas parfaitement sphérique Lattraction du soleil sur le renflement équatorial provoque une oscillation de laxe de rotation de la terre avec une période de ans (autour de la perpendiculaire au plan de lorbite (écliptique) le plan de léquateur tourne lui aussi la droite dintersection entre plan de léquateur et plan de lorbite tourne aussi les constellations du zodiaque se décalent dun signe tous les / 12 = 2170 ans, ce dont ne tiennent pas compte nos astrologues Lastronomie, fille de lastrologie - 4

10 R : Le premier principe de toute chose est leau (élément que lon trouve sous les 3 phases) Imagine la terre comme un disque flottant sur les eaux Lastronomie dans la Grèce antique Thalès de Milet Le « premier scientifique », né vers 625 avant notre ère Q : Comment le monde est-il fait ?

11 Anaximandre Élève de Thalès, né vers 610 avant notre ère Remplace lélément unique de Thalès par les 4 éléments : – eau – terre – air – feu + la terre ne flotte pas sur les eaux mais est suspendue dans lespace, « à égale distance de toutes choses » Lastronomie dans la Grèce antique - 2

12 Platon Né vers 430 avant notre ère Pour lui, la vraie connaissance passe par la raison (lœil de lâme) et non par lobservation (lœil du corps) Ce qui se trouve dans le ciel doit être parfait les astres doivent se mouvoir selon des orbites immuables, parfaites Or, les formes géométriques parfaites sont la sphère et le cercle Le mouvement circulaire des astres étant parfait, il peut se perpétuer indéfiniment Lastronomie dans la Grèce antique - 3

13 Eudoxe Disciple de Platon, né vers 410 avant notre ère Imagine lunivers en sphères concentriques (sphères dEudoxe) Terre au centre du monde Chaque sphère tourne à sa propre vitesse Nexplique que très approximativement les mouvements planétaires Lastronomie dans la Grèce antique - 4

14 Ératosthène Alexandrie, 3 e siècle avant notre ère Détermine la circonférence de la terre Le 21 juin à midi, le soleil est à la verticale de Syène Or, à Alexandrie, ses rayons font un angle de 7° avec la verticale Lastronomie dans la Grèce antique - 5 Distance entre Alexandrie et Syène : 5000 stades circonférence de la terre : 5000 × 360 / stades Les historiens pensent quun stade = m km de circonférence !

15 Ératosthène a-t-il prouvé que la terre est ronde ? Modèle dÉratosthène : terre sphérique, soleil très éloigné Lastronomie dans la Grèce antique - 6 Alexandrie Syène 7° d

16 Modèle alternatif : terre plate, soleil proche d / D = tg 7° D = d / tg 7° stades 6400 km Lastronomie dans la Grèce antique - 7 AlexandrieSyène 7° d D

17 Hipparque (2 e siècle avant notre ère) Détermine la distance terre – lune Durée max. dune éclipse de lune : 2.5 h Période synodique lune : 708 h 2πD/e = 708/2.5 D/e = 45 2θ = 0.5° = 1/114 rad (Φ soleil ) e + 2θD = d (1/45 + 1/114) D = d D = 32 d Valeur moderne : D = 30 d Lastronomie dans la Grèce antique - 8 θθ d D e

18 Mouvement rétrograde des planètes Comme les soleil et les étoiles, les planètes se lèvent à lest et se couchent à louest Elles semblent se déplacer un peu plus vite que les étoiles leur sphère dEudoxe tourne plus vite Mais, quelquefois, la planète semble se déplacer moins vite recule par rapport aux étoiles : mouvement rétrograde Comment le concilier avec un mouvement circulaire uniforme ? Lastronomie dans la Grèce antique - 9

19 Ptolémée Né à Alexandrie vers 90 de notre ère Modifie le système dEudoxe pour expliquer le mouvement rétrograde Chaque planète se déplace sur un cercle appelé épicycle Le centre de lépicycle se déplace sur un cercle appelé déférent La terre est au centre du déférent reproduit le mouvement rétrograde, avec un épicycle et un déférent pour chaque planète Lastronomie dans la Grèce antique - 10 déférent épicycle

20 Ptolémée (2 e acte) Le système original de Ptolémée ne rend pas bien compte des mesures dHipparque (variation de la vitesse angulaire) Ptolémée le complexifie pour mieux « coller aux mesures » : – le centre du déférent est décalé par rapport à la terre – le mouvement circulaire est uniforme par rapport à un point symétrique de la terre appelé équant Lastronomie dans la Grèce antique - 11 déférent épicycle équant

21 Coïncidences inexpliquées Centres des épicycles de Mercure et Vénus : sur la ligne terre – soleil Pour Mars, Jupiter et Saturne : « rayon » de lépicycle parallèle à la ligne terre – soleil tendance des planètes à se positionner par rapport au soleil Lastronomie dans la Grèce antique - 12

22 Lhéritage des grecs + recours à la raison et non aux mythes ou vérités révélées ; liberté de pensée – rôle mineur de lobservation + ils savaient que la terre était ronde (oublié ensuite) + auraient même suggéré quelle tournait autour du soleil (Aristarque de Samos, 3 e siècle avant notre ère) – la croyance en la « perfection » des phénomènes célestes ( mouvements circulaires) a bloqué tout progrès de lastronomie (de la science en général) pendant plus de 1000 ans bilan contrasté Lastronomie dans la Grèce antique - 13

23 Etudie les textes de Ptolémée Sinstalle un petit observatoire dans une tour Utilise les mêmes mesures de position des planètes que Ptolémée Montre quil existe une manière différente de les interpréter Le monde héliocentrique Nicolas Copernic (1473 – 1543) Né à Torun dans une famille aisée, étudie 10 ans en Italie entre en contact avec les « idées nouvelles » Rentré en Pologne, chanoine à la cathédrale de Frauenburg

24 Monde de Copernic Soleil au centre La terre et les astres errants (sauf la lune) tournent autour du soleil Orbites circulaires Explique simplement le mouvement rétrograde Ne rend pas précisément compte des mesures dHipparque retour des épicycles Le monde héliocentrique - 2

25 Comment choisir entre Ptolémée et Copernic ? Le monde héliocentrique - 3 Pour Ptolémée : la tradition (surtout la religion) le bon sens : si la terre se déplaçait, on le sentirait (mais Nicolas de Cuse (1450) : passager à lintérieur dun bateau) absence de parallaxe des étoiles Pour Copernic : explication plus simple du mouvement rétrograde amplitude décroissante des rétrogradations de Mars – Jupiter – Saturne Ex-aequo : niveau de complexité comparable précision comparable ( 5°)

26 Changement dans le ciel contradiction avec les idées des grecs tentative de mesurer son mouvement (nature céleste ou atmosphérique ?) Manque de précision conclusions contradictoires Le monde héliocentrique - 4 Tycho Brahé (1546 – 1601) Noble danois, étudie la philosophie à luniversité mais sintéresse surtout aux mathématiques Lors dune éclipse, est profondément impressionné par le fait quon puisse prédire de tels événements étudie lastronomie 1572 : on observe une Nova dans la constellation de Cassiopée

27 Pendant 20 ans, Tycho : tient cours au palais dUranienborg réalise des mesures dune précision jamais atteinte jusque là Après la mort de Frédéric II, Tycho a des ennuis avec le nouveau roi sexile à Prague en 1597 Le monde héliocentrique - 5 Tycho Brahé (2) Construit un sextant de 5 pieds ½ montre que la Nova ne bouge pas réputation bien assise ; le roi Frédéric II du Danemark lui accorde une somme importante + lîle de Hven où il construit un observatoire

28 Engagé comme assistant par Tycho Brahé, chargé danalyser ses mesures de positions de planètes Pensait que lUnivers avait été conçu selon un plan Passa une bonne partie de sa vie à rechercher ce plan qui devait révéler la beauté ultime de la nature Le monde héliocentrique - 6 Johannes Kepler (1571 – 1630) Exilé à Prague pour cause de guerres de religion

29 Héliocentrique Les 5 solides réguliers occupent lespace entre les 6 sphères planétaires Le monde héliocentrique - 7 Premier modèle dunivers de Kepler Basé sur lexistence de 6 planètes et 5 solides réguliers

30 1 ère loi : Les planètes se meuvent sur des ellipses dont un des foyers est occupé par le soleil Le monde héliocentrique - 8 Les lois de Kepler (1) Analyse des mesures de Tycho > Kepler rejette à la fois géocentrisme et orbites basées sur des cercles et énonce 2 lois empiriques (1609) 2 ème loi : Le rayon joignant le soleil à la planète balaie des aires égales en des temps égaux f1f1 f2f2

31 Le monde héliocentrique - 9 Les lois de Kepler (2) Une dizaine dannées plus tard, il énonce sa 3 ème loi : Le carré de la période de révolution T dune planète est proportionnel au cube du demi grand axe a de son orbite b a 3 ème loi : T 2 / a 3 = C te Contrairement aux modèles des Grecs, les lois de Kepler sont fondées sur une analyse minutieuse des observations

32 découvre : des montagnes sur la lune des taches solaires les phases de Vénus 4 satellites de Jupiter remise en cause de la vision platonicienne / géocentrique Le monde héliocentrique - 10 Galileo Galilei dit Galilée (1564 – 1642) Issu dune famille peu fortunée de la noblesse italienne Apprend linvention du télescope, en construit un et le tourne vers le ciel

33 Le monde héliocentrique - 11 Les démêlés de Galilée avec lÉglise Se fait lavocat inconditionnel du système héliocentrique Ecrit habiles et en italien popularise cette vision du monde Dialogue concernant les deux systèmes du monde Salvatio (partisan de Copernic (1630) Simplicio (partisan du système grec) Sagredo (celui qui cherche la vérité) Met dans la bouche de Simplicio des arguments avancés par le pape Procès : Galilée, vieux et malade, est contraint dabjurer la doctrine hérétique du mouvement de la terre

34 1665 – 1666 : épidémie de peste Newton se réfugie à Woolsthorpe et y invente ou découvre : les calculs différentiel et intégral la théorie des couleurs la théorie de la gravitation universelle Le monde héliocentrique - 12 Isaac Newton (1642 – 1727) Né dans une famille anglaise relativement aisée Étudie la philosophie naturelle à luniversité de Cambridge

35 les 3 lois du mouvement dont la loi fondamentale de la mécanique : F = m a la loi de la gravitation universelle Le monde héliocentrique - 13 Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (1687) Newton montre que toute la mécanique peut être déduite de quelques principes de base :

36 Le monde héliocentrique - 14 Exercice : Montrer comment, à partir des 3 lois du mouvement de Newton et des lois de Kepler, on peut établir la loi de la gravitation universelle Suggestion : Se placer dans le cas le plus simple Établir (géométriquement) la formule de laccélération centripète

37 Le monde héliocentrique - 15 Résolution : Orbite circulaire : 2 e loi de Kepler mouvement circulaire uniforme Accélération centripète : v r r+Δr v+Δv θ θ v ΔvΔv θ rr+Δr ΔrΔr Δ semblables : Δv/v = Δr/r

38 LUnivers dans les civilisations préscientifiques Lastronomie, fille de lastrologie Lastronomie dans la Grèce antique Le monde héliocentrique La naissance de lastronomie Fin du chapitre…

39 Lhéliocentrisme nétait pas évident au début; au contraire, lévidence pointait vers le géocentrisme; Copernic pas vraiment mieux que Ptolémée; il faut Kepler (ellipses) et Galilée (satellites de Jupiter…) - LUnivers dans les civilisations préscientifiques - N


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