De l’antiquité à PTOLÉMÉE Évolution des idées en Astronomie (partie 1)

Alors qui tourne autour de qui ? En d’autres termes pourquoi et comment est-on passé  du système géocentrique où la Terre occupait une position centrale privilégiée, place satisfaisant aux idées de l’Église,  au système héliocentrique, où le Soleil devient centre de notre Univers, reléguant la Terre au rang de simple planète. En effet pour l’observateur terrestre, c’est bien le Soleil qui se lève à l’est et se couche à l’ouest, c’est donc le Soleil qui semble se déplacer dans le ciel et non la Terre qui est en mouvement ….tout n’est que relativité ….. Mais si pour chaque position du Soleil, on regarde, depuis le Soleil, la position occupée par la Terre, voici ce qui est obtenu Alors qui tourne autour de qui ? Le droit à l’erreur était donc permis ….

Dans les temps les plus reculés, Au tout début …. Dans les temps les plus reculés, En Égypte et en Mésopotamie , la Terre était considérée comme plate. Les astres étaient considérés comme des dieux et la mythologie permettait de rassurer l’homme en fournissant une explication à tous les phénomènes observables. Cependant l’intérêt pour les phénomènes tels que la succession des jours et des nuits, celle des saisons ont été à l’origine de mesures et observations très précises. On doit en particulier aux Babyloniens la liste des constellations du zodiaque

Les Grecs et l’astronomie … naissance d’une Terre sphérique C’est avec les Grecs que l’astronomie ou plutôt la cosmologie commença réellement à prendre son essor. Bien que croyant encore en une Terre plate, Thalès (625-547 av JC) se la représentait comme posée sur l’océan, les astres étant fixes sur des sphères en révolution, la sphère des fixes portant les étoiles. Ils découvrirent que le Soleil éclairait la Terre et la Lune. C’est ainsi qu’ils expliquèrent les éclipses de Lune par le passage de celle-ci dans l’ombre de la Terre. L’idée d’une Terre sphérique prenait peu à peu naissance, mais contrairement à toute supposition, ce n’est pas sur l’observation que se fondait l’idée mais strictement sur des considérations d’harmonie. En effet toutes les formes et mouvements célestes se devaient d’être parfaits donc soit sphériques soit circulaires …..

Platon puis Eudoxe de Cnide et les sphères homocentriques Avec Platon (427-348 av JC), disciple de Socrate, commence à se poser le problème sous forme réfléchie, soit à chercher une explication aux mouvements apparents des astres. Platon reprend le problème des pythagoriciens en ajoutant une contrainte : la Terre se trouve au centre de tous les mouvements circulaires. « quels sont [alors] les mouvements circulaires et uniformes centrés sur la Terre, qui peuvent sauver les apparences des mouvements des corps célestes ? » en d’autres termes,comment expliquer ce que l’on voit. Eudoxe de Cnide (408-355 av JC) apporte une première avancée en proposant la théorie des sphères homocentriques. Sphères emboîtées les une dans les autres avec au centre la Terre FIXE. Pour respecter le mouvement apparent des astres errants, en opposition avec les étoiles fixes, il envisagea plusieurs sphères par planète (3 pour la Lune et le Soleil, 4 pour les 5 autres planètes).

Comprendre le système d’Eudoxe La planète est enchâssée dans une sphère , centrée sur la Terre, sphère en mouvement de rotation autour d’un de ses diamètres. Les extrémités de ce diamètre sont à leur tour fixées sur une seconde sphère  toujours centrée sur la Terre, sphère elle-même en rotation autour d’un diamètre …   Premier mouvement Mouvement combiné Les axes de rotation combinés donnaient à la planète un mouvement complexe fidèle aux observations. Le système compliqué permettait d’expliquer la rétrogradation de Mars mais pas les changements de sa luminosité.

La théorie des sphères compensatrices . L’apport d’Aristote La Terre est sphérique. Aristote est le premier à avoir avancé des arguments convaincants sur la rotondité de la Terre : La forme des éclipses de Lune montre que l’ombre projetée de la Terre est circulaire Lorsqu’un bateau s’éloigne à l’horizon, sa coque disparaît avant son mat Lors d’un déplacement en latitude la hauteur des étoiles dans le ciel est changeante et ne peut s’expliquer que par la courbure de la Terre La théorie des sphères compensatrices . Les sphères compensatrices sont dans la droite ligne de l’amélioration du système d’Eudoxe puis de Callippe. Le rôle de ces sphères (dont le nombre par planète est doublé, à une unité près, par rapport au nombre existant dans le système de Callippe, et s’élève au total désormais à 55) a pour effet de supprimer l’influence des systèmes de sphère entre eux. De cette façon, Aristote arrivait à se dégager des interactions physiques obligatoires liées aux interactions entre les systèmes de sphère.

Le monde selon Aristote C’est un monde clos, fini et hiérarchisé limité par « la sphère des fixes »  : sphère céleste transparente qui supporte les étoiles et dont la rotation permet d’expliquer le mouvement des étoiles et les constellations.  La Terre se trouve au centre, fixe et immobile  L’orbite lunaire délimite le monde : Supralunaire : incorruptible (créé par Dieu selon un ordre parfait et immuable) Sublunaire : corruptible car lié au changement (naissance, vie et mort des êtres vivants)

Aristarque de Samos (310-230 av J-C) : une avancée prémonitoire mais éphémère Les travaux d’Aristarque sont avant tout d’ordre de la mesure. Il détermine la durée nécessaire pour que la Lune parcourt une distance de l’ordre de son diamètre : soit 1 heure. Il remarque que la durée d’une éclipse de Lune est environ de 3 heures, durée nécessaire pour sortir du « cylindre » d’ombre de la Terre. Il en déduit que le diamètre de la Terre devait être approximativement 3 fois celui de la Lune (actuellement RT = 6380 km et RL = 1737 km) En mesurant l’angle sous lequel il voit la Lune depuis la Terre, il obtient avec une imprécision non négligeable la valeur de la distance Terre-Lune. La distance Terre-Soleil, est déterminée pour des situations d’observation de la Lune présentant 1 quartier. Il arrive alors à trouver que la distance T-S est 19 fois T-L, valeur très largement erronée. Le diamètre apparent de la Lune étant approximativement identique à celui du Soleil il n’y avait qu’un pas à franchir pour déduire que le diamètre du Soleil devait être alors 19 fois celui de la Lune. Mais comment un corps plus gros pouvait-t-il tourner autour d’un plus petit ??? L’héliocentrisme était né ….mais sans succès

D’Aristote à Ptolémée Ptolémée (100-170) réfute l’avancée d’Aristarque et conserve le système géocentrique d’Aristote. Il cherche à expliquer avec encore plus de précision les observations faites relativement aux astres errants, en particulier la rétrogradation de Mars La Terre reste au centre du système solaire ; le système des sphères compensatrices est abandonné. Les planètes sont fixées sur des sphères cristallines emboîtées La Lune et le Soleil tournent autour de la Terre, le mouvement des autres planètes est plus complexe. Ptolémée reprendra dans un premier temps les travaux d’HIPPARQUE

Le système des épicycles Voir animation épicycles épicycles.xls Les planètes ne sont plus fixes sur des sphères mais placées sur des petits cercles dits « épicycle » qui tournent sur eux mêmes d’un mouvement uniforme. En conservant le mouvement uniforme cher à Aristote on obtient un mouvement combiné qui rend compte de façon prévisible et presque parfaite des observations réalisées cercles étant eux-mêmes portés par un cercle « déférent » centré sur la Terre. Le cercle déférent de chaque planète tourne autour de la Terre d’un mouvement lui-même uniforme

PTOLEMEE : amélioration des travaux d’Hipparque EPICYCLE et sa planète DEFERENT 12 1 POINT EQUANT 11 2 10 3 5 6 9 7 8 4 Les trajectoires sont davantage fidèles à l’observation et obtenues mathématiquement

Fin de la première partie La seconde partie vous conduira de COPERNIC à NEWTON