2.

Origines de l’astronomie

Dès les temps les plus reculés, l’homme s’intéresse au ciel, sans doute par crainte des phénomènes météorologiques et astronomiques (orages, éclipses, comètes). Les mouvements du Soleil et de la Lune l’aident à se repérer dans le temps, tandis que les étoiles l’informent des époques favorables aux moissons. Puis les voyageurs, et en particulier les navigateurs, apprennent à s’orienter en observant les astres. L’astronomie dans ses débuts est étroitement liée à l’astrologie : les peuples associent les astres à des divinités dont il faut s’assurer la bienveillance. C’est pourquoi les premiers astronomes, en particulier les astronomes égyptiens et babyloniens, sont avant tout motivés par leurs croyances religieuses.

1.

Astronomie égyptienne

Les Égyptiens sont sans doute les premiers à découvrir que le Soleil se retrouve à la même position par rapport aux étoiles en approximativement 365 jours (voir écliptique). Ils constatent en effet que l’apparition de Sirius, étoile très brillante située à l’est du Soleil, coïncide avec la crue annuelle du Nil. Ils adoptent le calendrier annuel vers le IV^e millénaire av. J.-C.

2.

Astronomie babylonienne

Dès le II^e millénaire av. J.-C., les Babyloniens dressent une liste des constellations qui se lèvent et se couchent avec le Soleil au cours de l’année. Depuis longtemps, ils ont remarqué que le Soleil, la Lune et les cinq planètes visibles à l’œil nu, à savoir Mercure, Mars, Vénus, Jupiter et Saturne, se déplacent dans une zone étroite appelée zodiaque. Mais ce n’est qu’au vii^e siècle av. J.-C. que ce peuple représente le zodiaque sous la forme d’une bande circulaire divisée en 360 °, faisant apparaître les douze constellations. Pour perfectionner leur calendrier, les Babyloniens étudient les mouvements du Soleil et de la Lune, ce qui leur permet de prévoir avec un succès relatif les éclipses de Lune et de Soleil. Les archéologues ont déterré des centaines de tablettes cunéiformes relatives à ces calculs.

D’autres peuples, comme les Chinois et les Mayas, s’intéressent également au ciel, mais il faut attendre le vii^e siècle av. J.-C. pour que les Grecs fassent de l’astronomie une véritable science, en écartant tout surnaturel dans l’interprétation des phénomènes.

3.

Astronomie grecque

Les Grecs contribuent considérablement au développement de l’astronomie. Selon la légende, le philosophe grec Thalès aurait prédit avec succès plusieurs éclipses, notamment l’éclipse solaire de 585 av. J.-C., qui met un terme à la guerre entre les Mèdes et les Lydiens. Au vi^e siècle av. J.-C., l’école d’un autre philosophe grec, Pythagore, émet l’hypothèse d’une Terre sphérique par souci d’harmonie. L’un de ses disciples, Philolaos, élabore le premier système cosmologique. Il croit que les astres tournent autour d’un feu central qu’on ne voit pas de la Grèce, car la Terre présente toujours au feu sa face opposée. Considérant la sphère des étoiles fixes comme un astre, il postule l’existence d’un dixième corps céleste, l’anti-Terre, les pythagoriciens attachant une importance particulière au chiffre dix. Au total, on obtient bien dix astres : les cinq planètes visibles à l’œil nu, la Terre, le Soleil, la Lune, la sphère des étoiles et l’anti-Terre. D’après Philolaos, l’anti-Terre n’est pas visible de la Terre car le feu central s’interpose entre les deux astres. Vers 370 av. J.-C., l’astronome Eudoxe de Cnide suppose l’existence d’une grosse sphère tournant autour de la Terre et portant à sa surface les étoiles fixes. Il imagine que le déplacement des autres astres résulte de la composition des mouvements de plusieurs sphères homocentriques invisibles, situées à l’intérieur de la grosse sphère. Au début du iii^e siècle av. J.-C., Aristarque de Samos propose le premier système héliocentrique, mais son explication est rejetée par la plupart des philosophes grecs, qui considéraient la Terre comme une sphère immobile, autour de laquelle doivent tourner les astres. Ce modèle géocentrique demeure en vigueur pendant environ 2 000 ans.

Au ii^e siècle av. J.-C., l’astronome Hipparque mesure les coordonnées célestes de 1 025 étoiles avec une telle précision, qu’il peut être considéré comme le fondateur de l’astrométrie. Il abandonne les sphères homocentriques d’Eudoxe pour un système plus ingénieux de cercles excentriques et d’épicycles. Pour expliquer les irrégularités du mouvement apparent des planètes, il suppose que chacun de ces corps parcourt uniformément un cercle, l’épicycle, dont le centre se déplace lui-même sur un cercle plus grand, le déférent, ayant la Terre pour centre. Au ii^e siècle apr. J.-C., cette théorie est complétée par Ptolémée dans son ouvrage l’Almageste (voir système de Ptolémée).

L’astronomie grecque est par la suite transmise aux Syriens, aux Hindous et aux Arabes, à la suite des conquêtes d’Alexandre le Grand. Les astronomes arabes, remarquables observateurs, établissent de nouveaux catalogues d’étoiles au ix^e et au x^e siècle, ainsi que des tables de mouvements planétaires. Ils perfectionnent les instruments d’observation, mais ne font pas de découvertes fondamentales en astronomie. Dès le x^e siècle, la science arabe se propage en Occident par l’Espagne. Mais c’est seulement au xii^e siècle que des traductions latines de l’Almageste de Ptolémée circulent en Europe occidentale, stimulant l’intérêt des savants pour l’astronomie. On assiste au xv^e siècle à un renouveau de cette science, favorisé par la diffusion du savoir grâce à la découverte de l’imprimerie. À cette époque, certains scientifiques, comme le Belge Nicolas de Cusa, remettent en question le système géocentrique de l’Univers.

4.

Le système de Copernic

L’histoire de l’astronomie connaît un tournant important au xvi^e siècle grâce aux apports de l’astronome polonais Nicolas Copernic. Dans son traité intitulé De revolutionibus orbium coelestium libri VI (1543), il critique le modèle géocentrique de Ptolémée et montre que les mouvements des planètes peuvent s’expliquer par un système héliocentrique. En fait, la théorie copernicienne est seulement une réorganisation des orbites planétaires imaginées par Ptolémée. On prête peu d’attention au système copernicien, jusqu’à ce que Galilée découvre des preuves pour le corroborer. Il construit en 1609 une petite lunette astronomique, avec laquelle il découvre les phases de Vénus et l’existence de satellites tournant autour de Jupiter. Convaincu que certains corps ne tournent pas autour de la Terre, Galilée soutient bientôt le système de Copernic. Il est dénoncé par l’Église comme hérétique et doit désavouer ses convictions et ses écrits.

5.

Lois de Kepler et théorie newtonienne

En 1576, l’astronome danois Tycho Brahé commence à observer les astres depuis son observatoire situé sur une île près de Copenhague. Grâce aux données relevées par Tycho Brahé pendant plus de quinze ans, son assistant allemand Johannes Kepler formule des lois qui régissent le mouvement des planètes, les lois de Kepler. Il établit ainsi que les planètes tournent autour du Soleil selon des orbites elliptiques et non circulaires. Il montre également qu’elles tournent à vitesse non constante et que les dimensions de leurs orbites dépendent de leur période de révolution.

Le physicien anglais Isaac Newton interprète les lois de Kepler d’un point de vue physique. En 1687, il établit la loi de la gravitation universelle, qui démontre l’existence d’une force attractive entre le Soleil et chacune des planètes. Cette force dépend des masses du Soleil et des planètes, ainsi que des distances qui les séparent. Par cette loi remarquable, Newton parvint à retrouver celles de Kepler.