grandes dates de l'astronomie



Mise à jour le 13 Novembre 2008



CONFÉRENCE "LES GRANDES DATES DE L'ASTRONOMIE"
Par Jean-Pierre MARTIN Physicien Paris VI

Pour les RCE 2008 Cité des Sciences de Paris
Le 8 Novembre 2008 à 10H30

Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos et des animations.
La présentation complète (en ppt), est disponible sur ma liaison ftp elle s'appelle. : GDES DATES ASTRO new.ppt
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.



BREF COMPTE RENDU
Le CR sera bref car la présentation est disponible sur le Net.







J’ai essayé de retracer en 45 minutes 2500 ans d’astronomie (une gageure; j'ai été obligé de passer sous silence de nombreux découvreurs), depuis les anciens Grecs jusqu’aux théories cosmologiques les plus récentes, ceci en se basant sur les Hommes qui ont fait faire des progrès à cette science.


J’ai eu le plaisir cet été de présenter au Planétarium de Bretagne à Pleumeur Bodou, une version plus longue de cette conférence, sur l’évolution des idées astronomiques à travers les siècles, j'avais eu plus de temps (1h30) ce qui me permettait de traiter à fond le sujet.


Voici un court résumé (repris en partie sur celui du Planétarium) étant donné qu’elle est disponible au téléchargement .








I-LES GLORIEUX ANCIENS.

Ce sont bien sûr des Grecs dont je parle.
Nos grands ancêtres 300 ans av. JC, grâce à l’observation et aux mathématiques simples avaient découvert le principal
Ø La terre était ronde (Thalès de Millet qui mesure aussi la grande pyramide),
Ø Pythéas de Marseille l’explore en bateau et est convaincu de la rotondité.
Ø Il y avait 5 planètes, le soleil et la lune (Anaxagore, Anaximandre)
Ø On mesure les distances (Aristarque de Samos et Hipparque)
Ø Le soleil était pour certains au centre des planètes, mais controversé
Ø Il était extrêmement loin
Ø La terre a un rayon de 6400km (Ératosthène)

Ératosthène de Cyrène vers -200, est un parfait exemple de ce savoir grec, voici un de ses exploits :
Bibliothécaire de la célèbre Bibliothèque d’Alexandrie (on « empruntait » tous les documents arrivant au port pour en faire des copies!) On lui doit aussi la reconnaissance des nombres premiers.


Le plus génial, il trouva une méthode astucieuse pour mesurer le diamètre de la Terre.
On savait que le jour du solstice d’été, le soleil éclairait le fond d’un puits au zénith, à Syène, par contre à Alexandrie le même jour, à la même heure, un bâton posé dans le sable faisait de l’ombre, il mesura l’angle, 7°.
Ces deux villes sont sur le même méridien. Il connaissait la distance entre les 2 villes : 5.000 STADES
Il l’a fait mesurer par un marcheur professionnel ! (bématiste Béton)
Il en déduisit que la circonférence était 50 fois plus grande (360/7 # 50) soit 250.000 stades
Soit R=6400km en unités de notre époque, ce qui est très proche de la vraie valeur. Pas mal pour l’époque !




Les Grecs étaient très troublés par le fait suivant : si la Terre n’est pas fixe au centre de “l’Univers”, comment n’est-on pas emporté par la vitesse? (En fait l’atmosphère tourne avec la terre)
Il semblait donc raisonnable que la Terre soit fixe, ce fut la seule erreur des grecs.
Cette notion de géocentricité a été reprise par le plus célèbre des astronomes grecs du début de notre ère: Claude Ptolémée
Il reprend le système d’Hipparque et met au point un système de cercles se déplaçant dans des cercles : les épicycles rendant compte exactement des mouvements des planètes Ce système fondé sur une base fausse expliquait presque parfaitement les mouvements dans l’espace et permettait de s’y retrouver (astrologie)
Il publie ses tables dans un livre célèbre, l’Almageste, où il fait une synthèse de toutes les connaissances de l’époque (notamment Hipparque).
La Terre était au centre du monde, cela allait plaire à la nouvelle religion montante qui adopta tout de suite ce dogme


II- LE GRAND OUBLI.


Tout le savoir Grec aurait été perdu si les Arabes n’avaient pas été là
Le savoir grec parvient au monde arabe par les Indes (conquête d’Alexandre) ils traduisent les textes grecs et améliorent l’Astrolabe notamment ; ce savoir arrive en Europe par l’Espagne (al andalus!)

Al Khwarizmi est un astronome arabe du 8ème siècle
C’est lui qui fit connaître l’œuvre de Ptolémée
Algèbre : vient ainsi de l'arabe , al jabr signifie la transposition d'un terme d'un membre à l'autre d'une équation.
Invention du signe = et de x
Beaucoup de termes astro viennent de l’arabe : Deneb (queue), Altair (aigle volant), Zénith (route droite), Nadir, Aldébaran (la suivante), Bételgeuse (l’épaule) , Azimuth,

Depuis les Grecs, près de 15 siècles de perdu.
Personne n’osait contester le nouveau dogme introduit par Ptolémée, l’homme était le centre du monde.
Au Moyen Age, les croyances et l’intolérance religieuse construisent un mur de plomb sur les connaissances scientifiques
Il ne s’est donc (presque) rien passé en Europe pendant près de 15 siècles après l’époque des Grecs.
Quel gâchis!!!
Heureusement les savants Arabes étaient là pour retransmettre progressivement le savoir des anciens Grecs


III- À L’AUBE DES DÉCOUVERTES.

Tout s’est passé entre le XVI et XVIIème siècle, une révolution des esprits est en train de se produire.

Ils étaient quelques-uns qui ont révolutionné la vie scientifique et notre vie à tous
Ils ont participé a l’élaboration d’une nouvelle forme de pensée en astronomie et favorisé l’éclosion de nouvelles méthodes de mesure
Accueillons-les, ce sont
Copernic, Tycho Brahé, Kepler, Galilée, et le petit génie, Newton

NICOLAS COPERNIC (1473-1543)
Polonais, contemporain de Colomb, Leonardo, Luther, fit ses études à Bologne, déjà l’Europe.
On s’intéressait à l’astronomie à cette époque pour déterminer la date de Pâques avec précision. Les calculs de Ptolémée avec le temps ne collaient plus.

Il est le premier à mettre en cause le système de Ptolémée il le trouve trop compliqué. Ne serait-il pas plus simple et plus logique d’avoir le soleil au centre? Mais il avait un problème, c’était ……un homme d’église, alors, dilemme

Il ne dit rien pendant de longues années,
Sur son lit de mort, seulement, il ose publier ce qu’il croit : un SYSTÈME HÉLIOCENTRIQUE

La Terre est devenue une planète comme les autres. Son livre révolutionnaire : DE REVOLUTIONIBUS va vraiment révolutionner le monde. Ses idées mettront plus de 50 ans à être acceptées.





TYCHO BRAHE (1546-1601), un observateur exceptionnel.
Extravagant, riche et truculent astronome Danois, « nez d’or » perd son nez suite à un duel absurde
Construit un château-observatoire : Uraniborg : la ville des étoiles Manufacture ses propres instruments
Obsession de la précision : note les positions exactes des étoiles et planètes pendant des décennies
Découvre une nouvelle « étoile » en 1572 : Nova Stella qui va donner naissance aux Novas et super Novas car il croyait qu'une étoile venait de naître, en fait c'était le contraire l'expression nova est restée. Et en 1577, un comète!
Ces deux découvertes célestes sont une révolution : le ciel n’est plus immuable comme on le pensait.
Il meurt suite à un énorme festin!! Ce sera le Maître de J Kepler

JOHANNES KEPLER (1571-1630).
Pauvre, chétif et myope, mauvais départ dans la vie pour un futur génie de l’astronomie. Il fit donc ….des maths
Il utilise les données de son maître Tycho Brahé. Il étudie ainsi l’orbite de Mars et en déduit ses fameuses lois qui sont à la base de l'Astronomie moderne.
1ère Loi de Kepler : Les orbites des planètes sont des ellipses avec le Soleil à l'un des foyers
2ème Loi de Kepler (en fait la première chronologiquement): Des aires égales sont balayées en des temps égaux : les planètes (ou satellites) sont plus rapides au périgée qu'à l'apogée
3ème Loi de Kepler : T²/a³ est constant, où T est la période de révolution de la planète et a son demi-grand axe (distance au Soleil), ceci va permettre de calculer exactement en RELATIF la distance de toutes les planètes du système solaire.
Par exemple on sait maintenant que Saturne est 10 fois plus loin du Soleil que la Terre ne l'est, mais c’est tout ce que l’on peut dire.

GALILEO GALILÉE (1564-1642).
Utilise pour la première fois en 1609 une lunette pointée vers le ciel (rappel : 2009 = année de l’astronomie en hommage à Galilée)
Les satellites de Jupiter et les phases de Vénus le confortent dans l’idée que Copernic a raison.
C’est un physicien et un mécanicien reconnu, cela va lui sauver la vie.

Mais ses conclusions concernant le système solaire ne plaisent pas à l’Église, il doit abjurer et renier ses idées, il échappe ainsi au bûcher.

ISAAC NEWTON (1643-1727).
Et enfin Newton vint!
Issu d’une famille modeste étudie à Cambridge, mais la grande peste de 1665 l’oblige à rentrer chez lui (Woolthorpe)
Pendant cet exil forcé, à 25 ans, il fait ses plus grandes découvertes
Plus tard, sur les conseils de son ami Edmund Halley, il publie ses théories dans « Les Principia Mathematica ».,en 1687, le plus grand livre scientifique jamais publié
En ce qui nous concerne, il mit de l'ordre dans les découvertes précédentes notamment les lois de Kepler, en énonçant la loi de la gravitation universelle.
Newton a donné une toute nouvelle approche, plus mathématique des phénomènes régissant l'Univers ainsi qu'une nouvelle forme de pensée plus analytique.
D'autre part la contribution de Newton à l'optique et à la spectroscopie a été fondamentale pour l'astrophysique


D’autres astronomes extraordinaires parsemèrent ce siècle comme Huygens et JD Cassini par exemple.
La France joue un rôle majeur dans cette science et Louis XIV crée l’Académie Royale, ancêtre de l’Académie des Sciences, et lance la construction de l’Observatoire de Paris.


Mais à la fin de cette période on n’en sait pas beaucoup plus qu’au temps des Grecs, on a admis enfin l’héliocentrisme et on a calculé la distance relative entre les planètes, mais aucune valeur absolue de distance n’est connue.
Ce sera la prochaine étape.


IV- LES AVENTURIERS DE L’ASTRONOMIE.

On est à la recherche d'une mesure absolue quelconque dans le système solaire, car une seule valeur détermine toutes les autres.


Alors à quoi a-t-on pensé?

A la distance la plus élémentaire et la plus fondamentale : la distance Terre-Soleil appelée Unité Astronomique (UA).

Edmund Halley, (celui de la comète!) jeune astronome anglais, assiste au transit de Mercure en 1677 dans l’hémisphère sud (Île de Ste Hélène, déjà!) cela va lui donner une idée géniale qu’il publiera beaucoup plus tard





L’idée de base était d’assister au transit de Vénus à partir de deux points différents de la Terre et par de « simples » calculs sur des triangles semblables, d’en déduire les côtés du triangle et donc la distance Terre Soleil ou Terre Vénus. Ce transit est très rare tous les 110 ans en moyenne (avec une répétition 8 ans après).
Halley sait qu’il ne pourra pas assister lui même au prochain transit de 1761 (il meurt en 1742)




Il prévient la communauté scientifique de l’époque de l’importance du phénomène
Malgré l’antagonisme français-anglais, ce sont les français qui s’engagent à fond dans l’expérience et vont remuer ciel et terre pour lancer des expéditions dans le monde entier
L’astronome Français Joseph Nicolas DELISLE alarma plus d’une centaine d’astronomes de par le monde : il leur envoya la carte qui localisait les lieux du transit
Des astucieux savants : Cassini, Halley, Le Gentil, Cook .. à l’aide de mesures géométriques simples à partir de points différents de la Terre vont réussir à mesurer la distance Terre-Soleil (UA).
Ce fut une aventure à la Indiana Jones notamment pour Guillaume, Joseph Hyacinthe Jean Baptiste LE GENTIL DE LA GALAISIÈRE prévu à Pondichéry qui passa une partie de sa vie à chasser le transit !
Ces savants étaient les aventuriers de la science
Toutes les mesures ramenées par nos vaillants explorateurs/astronomes ont permis d’atteindre l’évaluation de l’Unité Astronomique
Halley avait eu raison.
Distance Terre-Soleil : 150 000 000 km (8 minutes lumière) L’Univers devenait soudain immense

LE SYSTÈME MÉTRIQUE CADEAU DE LA RÉVOLUTION AU MONDE.
Mais il faut savoir qu’à cette époque, il n’y avait pas de mesure unifiée de distances, le mètre n’existe pas.
Chaque ville avait “sa” référence de mesure, différente de celle de la ville voisine.
Rien qu’en France il existait plus de 2000 unités de mesure différentes en cette fin de XVIIIème siècle : la lieue de Picardie (4444km), la lieue de Touraine (3933), la lieue de Brest (4181) etc.. la toise du Châtelet, la toise du Pérou, la ligne, la logne, le mille, la perche, la palme, le doigt, le trait, la brasse, le pied horaire, le pied national, l'aune de Laval, la canne de Toulouse, la verge de Norai, etc…
La notion d'Égalité de la Révolution a tout de suite imposé une unité qui aurait une seule valeur valable tout le temps et dans tout le pays. Il fallait donc une unification des unités en vigueur et si possible définir une unité qui soit NATURELLE et INVARIABLE.
Les plus grands savants de l'époque (Cassini, Lagrange, Condorcet, Lavoisier,….) se réunirent et discutèrent de la meilleure méthode) et il devint rapidement évident que l'unité nouvelle à définir devait être universelle et donc indépendante du pays inventeur.
Un tel système ne devait appartenir à personne, et ne devait dépendre ni des hommes ni des évènements, bref être UNIVERSEL ET ÉTERNEL.
Révolution --> égalité --> unité valable dans tout le pays si possible : naturelle, invariable, universelle, éternelle
Quoi de plus universel que la Terre, il fut donc décidé par décret que la nouvelle unité serait la dix millionième partie du quart du méridien terrestre. (Ce n'est donc pas un hasard si la circonférence terrestre est de 40.000.000m).
Pourquoi le quart, car on pensait à l'époque que 90° était un angle "magique".
Ceci étant il fallait mesurer ce quart de méridien et définir d’où partir.
En principe il suffit de mesurer une toute petite partie de ce méridien et si possible en son milieu (vers le 45°).




Il fut donc décidé en 1795, par décret, de mesurer sur le terrain un arc de méridien autour du méridien de Paris de Dunkerque à Barcelone (soit à peu près 8°).
Les astronomes Delambre et Méchain y consacrèrent une partie de leur vie, ils devaient partir chacun d'une extrémité et se rejoindre vers Rodez. Ce fut aussi une aventure épique en pleine Révolution !

Mission accomplie ; il faut vite trouver un nom à cette nouvelle unité :
Nom universel : basé sur le latin (metrum) et sur le grec (metros) pour mesure, on inventa le….MÈTRE

Mais ce fut plus que cela : un concept complet: le système métrique décimal, cela ne concernait pas que les mesures de longueur mais aussi les mesures de poids (kilo).
Ces unités ne dépendaient pas d’un pays, elles furent donc acceptées progressivement par tout le monde

La route est libre pour de nouvelles découvertes.




V- UNE NOUVELLE GÉNÉRATION D’ASTRONOMES.

W Herschel découvre une nouvelle planète, c’est une première depuis l’Antiquité, Uranus double la taille du système solaire.
Puis c’est au tour de Adams et Le Verrier, au cours d’une folle aventure, de découvrir par le calcul Neptune encore plus loin.

De nouveaux télescopes voient le jour permettant de nouvelles découvertes.
Les étoiles ont une couleur liée à leur température, les bleues sont chaudes et jeunes, les rouges froides et vieilles.
On commence à comprendre comment fonctionne une étoile : elle brûle son H et le transforme en He.

Au début du XXème siècle de grandes découvertes vont avoir lieu.
Clyde Tombaugh, un astronome américain découvre ce qui va être pendant des décennies appelée la neuvième planète du système solaire : Pluton, elle est a 40 unités astronomiques.
En 1927, l’abbé Georges Lemaître, introduit le concept de BIG BANG. L’univers serait né d’une explosion originelle

En 1929, un astronome Américain, Edwin Hubble découvre que les galaxies s’éloignent les unes des autres de plus en plus vite
L’Univers est en expansion ce qui explique le Redshift des galaxies
Une jeune astronome américaine, Henrietta Leavitt trouva une relation entre la luminosité de certaines étoiles (les céphéides = étalon de lumière) et leurs distances relatives. Shapley la transforme en distance absolue, et l’univers devient mesurable.
L’univers visible devient énorme : 15 milliards d’années

LA RÉVOLUTION QUANTIQUE ET LA RELATIVITÉ.
Max Planck a une idée géniale :
Les photons (les radiations électromagnétiques) sont émis par paquets, multiple d’une énergie de base, le quanta
Louis de Broglie établit la dualité ondes-particules pour les photons.
Heisenberg établit son principe d’incertitude.. Erwin Schrödinger résume le tout: la Mécanique Quantique est née
Niels Bohr s’en inspire pour donner une version moderne de l’atome. Et…..



En 1905 un modeste employé du service des brevets de Suisse, Albert Einstein publie un texte fondateur : la relativité restreinte :

La vitesse de la lumière est la même dans tous les référentiels; équivalence matière énergie




En 1915 il publie sa théorie de la Relativité Générale qui établit l’équivalence entre gravitation et accélération et introduit la notion d’espace-temps; la masse agirait aussi sur la lumière en déformant l’espace






L’UNIVERS EST EN EXPANSION.
Si l’Univers est en expansion permanente, il y a eu certainement un point de départ, un début de l’expansion (rembobinage du film!)
Georges Lemaître un abbé Belge qui eut Eddington comme professeur à Cambridge publie un article en 1931 où il introduit l’idée géniale d’un COMMENCEMENT, un temps zéro.

Le BIG BANG est né.
Einstein, Hubble, Lemaître et Friedman participèrent à l’élaboration dans les années 1920-1930 au concept de la formation de l’Univers. L’Univers se serait formé à partir d’un point singulier original , il y a approximativement 15 milliards d’années
La température est énorme. Il n’y a pas de lumière tellement la densité de matière est importante !!! L’Univers est opaque
Dès qu’il s’est formé l’Univers vieillit : Il entre en expansion et donc se refroidit
Ceci a comme conséquences : Les particules et les photons créés PERDENT de l’énergie et RALENTISSENT
La densité de l’espace CHUTE énormément et les particules interagissent de moins en moins entre elles jusqu’à devenir improbables
La soupe de particules devient moins dense, les atomes (H et He) se forment, la lumière va pouvoir s’échapper.
Au bout de quelques centaines de millions d’années les étoiles puis les galaxies se forment.

On commence aussi à comprendre les étoiles et l’histoire de l’Univers.



Dans les années 1960/70 on explore la Lune puis on s’attaque au système solaire dans les années 1980 avec le grand tour des sondes Voyagers. On met un télescope spatial en orbite terrestre et à la fin du XXème siècle on envisage la conquête de Mars.

Les plus grands télescopes du monde sont en pleine opération : VLT ; Keck ; CFHT etc..
Le début du nouveau siècle voit l’exploration de Saturne et un atterrissage sur Titan, et un impact sur un noyau de comète.

On pense comprendre notre place dans l’Univers, on en détermine sa composition (96% nous en est inconnu !) et on suppose sa forme et on s’apprête à de nouvelles conquêtes lointaines avec les exoplanètes.

On recherche toujours le nouvel Einstein, sera-ce S Hawking, l’avenir nous le dira !


L’aventure continue.



POUR ALLER PLUS LOIN :

L'astronomie Grecque.

Le rendez vous de Vénus de JP Luminet, extraits.

La mesure des distances en astronomie des origines à nos jours par JP Martin.

Le mètre du monde de Denis Guedj, l'histoire du système métrique.

Cours de relativité générale de la SAF.

D'où venons nous, où allons nous? Conférence de cosmologie à la BnF


Bon ciel à tous




Jean Pierre Martin
www.planetastronomy.com